Способ измерения длительности периодических импульсов

(51)4 С 04 Р 10 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСПО Д ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН асширитьи устройстпособ. Эточения влияьности им рожобильно мола Ук а результ счет умен,Е, Тырс ство, реали б, содержит ельство СССР 10/04, 1979, ьство СССР10/04, 1985. ы, де те пульсова рот мп 3 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(7 1) Харьковский автоный институт им. Комс(56) Авторское свидетУ 888065, кл, С 04 ЕАвторское свиде лУ 1287095, кл, С 0 Р(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОПЕРИОДИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к имной технике и может быть испольно для измерения длительности кких периодически повторяющихсяпульсов прямоугольной формы. Изретение позволяет повысить точи выполняемых измерении ифункциональные возможносва, реализующего данныйдостигается эа счет исклю ния нестабильности длителпульсов опорной частоты нты измерений, а также за шения погрешности, Устро зующее предложенный спос генератор 1 опорной част тель 2 частоты с переменным коэффи циентом деления, инверторы 3 и 5, элементы И 4, б, 7, 13, 14, 17, 25 26 и 29, формирователь 8 пачки импульсов совпадений, каналы 9 и 10 совпадений, формирователи коротких импульсов 11, 12, 19, 20, 27, 32 и 33, КБ-триггеры 15, 16, 21, 24, 34 35, триггеры 18 и 28, счетчики имульсов 30 и 31 и микропроцессор 3Изобретение относится к импульсной технике и может быть испольэовано для измерения длительности коротких периодически повторяющихся пря 5моугольных импульсов.Цель изобретения - повышение точности измерения длительности периодических импульсов и расширение функциональных воэможностей,10На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временныедиаграммы формирования временных интервалов для определения длительности периодических импульсов; на фиг.Звременные диаграммы работы устройства, реализующего способ.Сущность способа заключается вследующем. 20Из последовательности измеряемых1 периодических импульсов длительностью , следующих с периодом Т(фиг, 2 а), образуют путем инвертирования инверсную последовательностьизмеряемых импульсов (фиг, 2 ь). Такую же инверсную последовательностьформируют из импульсов опорной частоты длительностью , и периодом То1(фиг. 2 6), близкой к частоте Г- 30иизмеряемых сигналов (фиг. 2 ъ). Путемсравнения во времени (операция логического перемножения) последовательностей импульсов опорной частоты35с измеряемой последовательностью импульсов формируют последовательностьпачек импульсов совпадения (фиг.2 н).Затем операцией логического перемножения формируют последовательностиимпульсов совпадения, сравнивая вовремени последовательности импульсовопорной частоты с инверсной последовательностью измеряемых импульсов(фиг, 2 е) и инверсную последовательность опорной частоты с последовательностью измеряемых импульсов(фиг, 2)Лалее вьщеляют временныеинтервалы, соответствующие пачкамцентральных импульсов совпадения,т;е. импульсов, которые полностью50"вложены" один в другой. Так как прииспользовании способа измерения периодических импульсов имеется вероятность того что длительность измеряеУ)5мого сигналаможет быть больше илинменьше длительности опорной частотыто предусмотрено использованиеофдвух идентичных каналов для формирования этих временных интервалов. Дляэтого на логические элементы, предназначенные для формирования этихинтервалов, в первом канале подаютпоследовательности импульсов опорнойчастоты и импульсов совпадения(фиг. 2 е), а во втором измерительномканале последовательности импульсовизмеряемых сигналов (фиг. 2 ю) и импульсов совпадений (фиг. 2 ), Центральные импульсы пачек в первом канале вьделяют путем определения импульсов опорной частоты, которые присравнении во времени (операция логического перемножения) с последовательностью на фиг, 2 е не имеют совпадений, Этому логическому состояниюсоответствует временной интервал снулевым уровнем сигнала на фиг. 2 ж .формирование временного интервала,соответствующего пачке центральныхимпульсов во втором канале (фиг. 2 ),осуществляется идентично путем логического перемножения последовательностей импульсов измеряемых сигналов(фиг, 2 с) и импульсов совпадений нафиг, 2 ч,Для формирования временного интервала, соответствующего пачке совпадений измеряемой последовательности,импульсов и последовательности импульсов опорной частоты, осуществляютлогическое перемножение последовательностей импульсов измеряемых сигналов (фиг2 ц) и импульсов совпадений на фиг. 2 цЗатем вьщеляют моменты взаимногоперехода передних фронтов импульсовизмеряемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты. Эти моменты формируют по передним фронтам временных интервалов,соответствующих началу пачек центральных импульсов (фиг. х, ). Моменты взаимного перехода задних фронтов импульсов измеряемых сигналовотносительно передних фронтов импульсов опорной частоты выделяют попередним фронтам первых импульсов впачках совпадений (фиг. 2 и). По моментам указанных взаимных переходовформируют мерные временные интервалы,по которым определяют значение(фиг, 2 ),На диаграмме фиг, 2 к показанысформированные временные интервалы,границы которых соответствуют моменту перехода заднего фронта импульса,(2) 20о и Кя Тц То 25 30 1о 1 о н,(4) 50 измеряемой последовательности относительно переднего фронта импульса опорной частоты, После этого осуществляется подсчет количества импуль 5 сов опорной частоты И, заполнивших данный временной интервал, Иэ этой диаграммы (фиг. 2) очевидно следующее соотношение для определения длительности импульса:Подставляя в выражение (1) значение МТ, получают Из свойств метода совпадений известно, что если время измерений берется равным периоду раэностнойТи Точастоты Т = --(т.е. периодуТ -То нследования пакетов совпадений), то между Г и Г имеет место следующее соотношение; где Я и И- количество .периодовчастот Г, и 1 д междупакетами совпадений.С учетом этого выражение (2) можно преобразовать следующим образом:НнЬль М --- =И ---- (3) 40и оиКийон оо Я Поскольку для метода совпадений за интервал Тт количество импульсов45 обеих частот Ги Г, отличается на единицу (диаграммы на фиг, 2), то М - Н 1, а окончательное выражение для о имеет видн где НЯ И + 1,1 о нПроцесс измерения длительности периодических импульсов заключается в формировании двух временных интер валов Т периода следования пачектцентральных импульсов и Тдлительности от начала пачки совпадений импульсов.иэмеряемой и опорной последовательностей до начала пачки центральных импульсов (фиг, 2 у, и, к) и определении искомого значения Г согласно следующему выражению: где К - цифровой эквивалент иэвестГного и заданного значения ГТаким образом, в качестве границ получаемых временных интервалов исФпользуются моменты взаимных переходов относительно друг друга соответствующих задних-передних и передних- передних фронтов импульсов указанных последовательностей, Эти временные интервалы (Т, и Т) заполняют опорной частотой и по числу периодов То на этих интервалах и цифровом эквиваленте И определяют значение длиЕотельности импульса,При этом погрешность квантования временных интервалов Т и Т, после 9 довательностью импульсов опорной частоты Г, уменьшается до величины меньшей, чем вТ, а погрешность от нестабильности , практически исклю" чается, поскольку результат измерения от значения Г, не зависит, Кроме того, при определении мерных временных интервалов Т и Т исключается операция формирования остроконечных импульсов соответствующих передним и задним фронтам импульсов измеряемой и опорной частот, которая вносила погрешность в известном способе.Устройство для измерения длительности периодических импульсов (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов опорной частоты, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, инвертор 3, элемент И 4, инвертор 5,элементы И 6 и 7, формирователь 8пачки импульсов совпадений, каналы 9и 10 совпадений, каждый из которыхсодержит формирователи 1 1 и 12 корогких импульсов, элементы И 13 и 14КЯ-триггеры 15 и 16, элемент И 17КБ-триггер 18, формирователи 19 и 20коротких импульсов, КБ-триггер 21,формирователь 22 коротких импульсов,элемент И 23, КЯ-триггер 24, элементы И 25 и 26, формирователь 27 коротких импульсов, триггер 28 со счетным входом, элемент И 29, счетчики30 и 31 импульсов, формирователи 32и 33 коротких импульсов, КБ-триггеры 34 и 35, микропроцессор 36.Выход генератора 1 соединен с входом делителя 2 частоты, первый выход5 которого соединен с первыми входами элементов И 4, 7, 25 и 26, с вторым входом канала 9 совпадений, через инвертор 5 с первым входом элемента И 6, второй выход делителя 2 соединен с входом управления микропроцессора 36, третий выход делителя 2 частоты соединен с входом управления формирователя 8, вход которого соединен с выходом элемента И 7, второй вход кото рого соединен с вторым входом канала 1 О совпадений, с вторым входом элемента И 6, с входной шиной Г и через инвертор 3 с вторым входом элемента И 4, выход которого соединен с первым входом канала 9, выход кото" рого соединен с первым входом элемента И 17, второй вход которого соединен с выходом канала 10, первый вход которого соединен с выходом элемента И 6, выход формирователя 8 соединен с входами формирователей 19 и 20шина Пуск соединена с Б-входом триггера 18, К-вход которого соединен с К-входами триггеров 24, 34 и 35, выходом микропроцессора 36 и вы, ходом формирователя 33, вход которого соединен с выходом триггера 28 и через формирователь 32 - с Б-входом триггера 35, выход которого соединен с вторым входом элемента И 25, выход которого соединен с счетным входом счетчика 30, выходы которого соединены с первыми входами микропроцессора 36, вторые входы которого соединены с выходами счетчика 31, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 26, второй вход которого соединен с выходом триггера 34,Б-вход которого соединен с выходом элемента45 И 29, первый вход которого соединен с выходом триггера 24, Б-вход которо,го соединен со счетным входом триггера 28 и выходом элемента И 23, первый вход которогочерез формирователь 22 соединен с выходом триггера 21, Б-вход которого через формирова тель 27 соединен с выходом элемента , И 17, выходы формирователя 20 соединен с К-входом триггера 21, выход триггера 18 соединен с вторым вхо дом элемента И 23, выход формирователя 19 соединен с вторым входом элемента И 29. В каналах 9 и 10 совпадений первыйи второй входы канала соединены ссоответствующими входами элемента И13, выход которого соединен с К-входом триггера 15 и Б-входом триггера16 К-вход которого соединен с выхоцом элемента И 14, первый вход которого соединен с выходом триггера 15,Б-вход которого соединен с выходомформирователя 11, вход которого соединен с вторым входом канала 9 и входом формирователя 12, выход которогосоединен с вторым входом элементаИ 14, выход триггера 16 является выходом канала,Устройство работает следующим образом.Генератор 1 импульсов опорной частоты вырабатывает последовательностьимпульсов частотой Г (она можетбыть кратна какой-то эталонной частоте), которая подается на делитель2 частоты с переменным коэффициентомделения, коэффициент которого выбирается таким, чтобы получаемая на выходе делителя частота Е (фиг. 3 6)незначительно отличалась от измеряемой частоты Г (фиг, За).С выхода делителя 2 последовательность импульсов поступает на элемент И 7, на который поступает последовательность импульсов измеряемыхсигналов. На выходе элемента И 7формируются пачки совпадений (фиг,3 ь),которые поступают на вход формирователя 8 пачки импульсов совпаденийна выходе которого образуются протяженные прямоугольные импульсы длительностей Т, Т , соогветственЦ ф Ц фно (фиг, Зъ). Формирователь 8 представляет собой однотактный ждущиймультивибратор, период релаксации которого выбирается несколько большепериода опорной частоты и,устанавливается сигналом с делителя 2 в зависимости от выбранного коэффициентаделения делителя и частоты Г,. Вэтом случае с приходом первого импульса пакета формирователь 8 переходитиэ состояния "0" в состояние " 1" иудерживается в этом состоянии до конца пакета совпадений, С выхода делителя 2 последовательность импульсовопорной частоты Г, подается на второй вход элемента И 4, на первый вход которого, через инвертор 3 поступает последовательность импульсов измеряемой частоты, На выходе элемен 139059645 та И 4 формируется последовательность импульсов совпадений (фиг,3 )1 в которой отсутствуют импульсы, соответствующие центральным импульсам пачек, получаемых на выходе инвертора 7. Одновременно с делителя 2 импульсы опорной частоты через инвертор 5 поступают на первый вход элемента И 6, на второй вход которого поступает последовательность измеряемых импульсов, На выходе элемента И 6 формируется непрерывная последовательность имйульсов совпадений (фиг. Зе), поскольку согласно временной диаграмме , сДалее последовательность импульсов совпадений с выхода элемента И 4 (фиг. 3 ) поступает на первый вход канала 9 совпадений, на второй вход которого подается последовательность импульсов опорной частоты Г,. Второй вход канала 9 совпадений связан с входами формирователей 11 и 12 коротких импульсоВ и с Одним из ВКОдОВ 25 элемента И 13, второй вход которого соединен с первым входом этого канала. Формирователь 11 формирует короткие импульсы, соответствующие передним фронтам импульсов опорной частоты (фиг, 3 х), которые подаются на Б-вход триггера 15, и по приходу каждого из этих импульсов устанавливает его в единичное состояние, Если в течение времени "., На входе элемента И 13 появляется импульс последовательности совпадений (фиг. 3 ), то передним фронтом этого импульса с выхода элемента И 13 триггер 15 по К-входу перебрасывается в нулевое состояние еще до окончания импульса е . Этот же импульс с выхода элеменота И 13 подается на Б-вход триггера 16 и устанавливает его в единичное состояние, Поскольку для случая, когда эа время 2, на выходе элемента И 13 имеется импульс из последовательности совпадений из фиг, 3и триггер 15 перебрасывается в состояние 0" раньше, чем появляется короткий импульс заднего фронта (фиг. 3 ) с выхода формирователя 12, то элемент И 14 на время поступления импульса с формирователя 12 закрыт и сброс триггера 16 по К-Входу не осуществляется. Единичное состояние 55 триггера 16 удерживается (подтверждается) каждый раз, когда в течение очередного импульса длительностью 1 на вход элемента И 13 поступает импульс последовательности на фиг,3,Если же за время , очередной импульссовпадений на вход элемента И 13 непоступает (эта ситуация соответствует моменту формирования центральныхимпульсов пачек совпадений на выходеэлемента И 7), то триггер 15 поЯ-входу импульсом с формирователя 11перебрасывается в состояние "1" идо конца импульса , его сохраняет(фиг, 3 ц), При этом элемент И 14 открыт для импульса заднего фронта сформирователя 12, которым триггер16 по К-входу переводится в состояние"0", В состоянии "0" триггер 16 находится до тех пор, пока не заканчивается пачка центральных импульсови не появляется первый после негоимпульс на Выходе элемента И 13(фиг. 3, ), Этот первый импульс после пачки центральных импульсов появляется только при переходе переднегофронта импульса опорной частоты относительно переднего фронта импульса измеряемой частоты. Передним фрдйтом триггер 16 по Б-входу снова перебрасывается в единичное состояние(фиг, 3 и),Идентичным образом работает и канал 10 совпадений. Однако посколькупоследовательность импульсов совпадений на фиг, 3 является непрерыв"ной ( С, с), то на прямом выходеконечного триггера в канале 10 постоянно сохраняется состояние "1"(фиг. 3 л). Сигналы с выходов каналов9 и 10 совпадений подаются на элементИ 17, который повторяет сигнал с выхода триггера 1 б канала 9 совпадений,В соответствии с (5) по команде"Пуск" триггер 18 опрокидывается,разрешая прохождение через элемент И 23короткого импульса, соответствукщегопереднему фронту сигнала с выходаэлемента И 17. Предварительно этотсигнал проходит через формирователь27 коротких импульсов, триггер 21 иформирователь 22 коротких импульсовЭта цепочка из трех элементов 27, 21и 22 необходима для предотвращениясбоя, т.е. поступления повторного, сигнала на элемент И 23 за время Тформирования пакета совпадений наэлементе И 7 (фиг, 3 ь). С этой цельюна формирователе 20 формируется ко-роткий импульс заднего фронта пакета,которым триггер 21 блокируется доконца пакета совпадений и лишь по окончании пакета переводит его в исходное состояниеПервый по счету импульс (после команды "Пуск" ) с выхода элемента И 23 переводит триггер5 28 со счетным входом в единичное состояние, а второй импульс возвращает его в нулевое состояние. При этом формирователи 32 и 33 коротких импульсов, подключенные к выходу триггера 28, выделяют первый и второй импульсы с формирователя 22 в виде коротких импульсов переднего и заднего фронтов соответственно, Эти импульсы 15 подаются на информационные входы триггера 35, который по приходу импульса с формирователя опрокидывается и разрешает прохождение через элемент И 25 импульсов опорной частоты в20 счетчик ЗО (фиг. 3 н) . Триггер 35 остается в опрокинутом состоянии и запись в счетчик 30 продолжается до тех пор, пока на К-вход триггера 35 не поступает импульс с формирователя 33. 25 Таким образом в счетчике 30 фиксируется количество импульсов, определяющих период следования пачек центральных импульсов Т , (И= ИЯ +1)Подсчет количества импульсов за время Т осуществляется следующим образом, После командш "Пуск" и прохождения через элемент И 23 сигнала, сформированного по переднему фронту первого импульса с элемента И 17, последний поступает на триггер 24, который, устанавливаясь в единичное состояние и с выхода триггера поступая на один из входов элемента И 29,40 разрешает прохождение через элемент И 29 сигнала, поступающего на второй вход элемента И 29. На второй вход поступает импульс с формирователя 19 коротких импульсов, сформированный о переднему фронту огибающей пачки45 совпадений центральных импульсов, что соответствует началу временного интервала Т, С выхода элемента И 29 импульс переднего фронта огибающей пачки подается на Б-вход триггера 34, 50 с приходом которого триггер 34 переходит в единичное состояние и разрешает прохождение через элемент И 26 импульсов опорной частоты в счетчик 31. Импульс с выхода формирователя 55 33 возвращает триггеры 24 и 34 в исходное состояние и элемент И 26 закрывается (фиг. Зм). В счетчике 31 таким образом фиксируется количество импульсов, поступивших за время Т.Триггер 18 возвращается в исходное состояние импульсом с формирователя 33, т.е, по приходу второго импульса с элемента И 17. Этот же импульс поступает на микропроцессор 36разрешая обработку полученных М, Ии имеющихся кодов М в соответствиис (5).Структурно микропроцессор состоитрз ряда регистров чисел, предназначенных для хранения цифровых эквивалентов Г Выбор цифрового эквивалента Г, зависит от выбранного делителем 2 коэффициента деления, о котором делитель 2 сообщает в микропроцессор 36, Кроме этого, микропроцессор состоит из регистра результата,блоков программного обеспечения иуправления регистрами, схемами определения знака и вычислительногоустройства, обеспечивающего воэможность расчета выражения (5),Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в повышении точности результата измерений по сравнению с известными измерителями длительности периодических импульсов,Повышение точности измерения достигается следующим: уменьшается погрешность измерения а, связанная сисключением при расчете длительностиимпульса 7 а также исключается операция формирования последовательностей остроконечных импульсов, соответствующих передним и задним фронтамимпульсов исследуемого .сигнала иопорной частоты, которая искажалаформу исходных импульсов, участвующих в совпадениях и приводила к некоторым временным сдвигам, вносившимпогрешность в определение,первоначалгной длительности импульса,Расширение функциональных возможностей способа заключается в том,что предлагаемый способ позволяетизмерять длительность импульсов О,с 7и "р 4 Формула изобретенияСпособ измерения длительности периодических импульсов, основанный на трансформации на низкую частоту временных интервалов, определяющих длительность импульсов путем сравнения во времени последовательностей12 1390596 Тф импульсов исследуемых сигналов с опорной последовательностью импульсов, выделении пачек полностью сов павших центральных импульсов путем определения моментов взаимного пере 5 хода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей и последующим подсчетом центральных импульсов в пачке совпадений и импульсов опорной последовательности от начала первой пачки 15 центральных импульсов до начала следующей за ней второй такой пачки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных воэмопностей, в пачках совпадений выделяют моменты взаимного перехода задних фронтов импульсов исследуемыхсигналов относительно передних Фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного переходапередних Фронтов импульсов этих последовательностей, а временные интервалы для определения длительностипериодических импульсов формируют путем подсчета импульсов опорной последовательности от момента первоговзаимного перехода передних фронтовимпульсов исследуемой и опорной последовательностей до момента их второго взаимного перехода и от моментавзаимного перехода заднего фронта импульса исследуемой последовательности с передним фронтом импульса опорной последовательности до моментавзаимного перехода передних Фронтовимпульсов исследуемой и опорной последовательностей,1390596 Составитель В.Кото Техред И.Верес орректор М.Лемчи Редактор Е,Пап акаэ 1766/4 4/5 113 ая наб.; роектная, 4 Пронэводственно-полиграфическое предприятие, г, Уюгоро Тирам 373 ВНИИЛИ Государственного по делам иэобретений и 035, Москва, Ж, Раущс