Измеритель экстремумов временных интервалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 674055 АЖ 04 Р 10/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТВ(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭКСТРЕМУМОВ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ(57) Изобретение относится к устройствам для определения моментов и значений экстремумов временных интервалов импульсных сигналов и их производных и может быть использовано при исследовании переных процессов установления частоты ваптивных системах и в других областях уки и техники, Целью изобретения является повышение быстродействия, повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Измеритель содержит элементы 1 - 3 совпадения, элемент 4 задержки, триггеры 7 - 9, счетчики 10, 11 импульсов, регистр 13, коммутатор 15, элемент ИЛИ 16, ждущий мультивибратор 17, генератор 18 эталонной частоты. Для достижения цели в измеритель введены элементы 5, 6 задержки, счетчик 12 импульсов, регистр 14, генератор 19 тактовой частоты и блок 20 производных. Работа измерителя основана на определении текущих значений периода повторения импульсов фиксации моментов и считывания значений экстремумов сигналов и их первых производных в значениях счетного периода генератора эталонной частоты. В измерителе приведены примеры выполнения генератора 19 и блока 20 производных. 6 ил.Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для определения моментов и значений экстремумов временных интервалов импульсных сигналов и из производных и может быть использовано при исследовании переходных процессов установления частоты в адаптивных системах и в других областях науки и техники.Целью изобретения является повышение быстродействия, повышение надежности за счет устранения погрешности начала счета и расширение функциональных возможностей за счет регистрации значений экстремумов первой производной сигнала,На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема измерителя экстремумов временных интервалов; на фиг. 2 - пример выполнения блока производных; на фиг. 3, 4 - примеры выполнения реверсивных счетчиков; на фиг, 5 - пример выполнения блока солекции нулевых кодов, на фиг, 6 - пример выполнения блока вычитания.Измеритель экстремумов временных интервалов (фиг. 1) содержит элементы 1 - 3 совпадения, элементы 4 - 6 задержки,триггеры 7 - 9, счетчики 10 - 12 импульсов, регистры 13, 14, коммутатор 15, элемент ИЛИ 16, ждущий мультивибратор 17, генератор 18 эталонной частоты, генератор 19 тактовой частоты, блок 20 производных, причем генератор 19 содержит счетные триггеры 21.1, 21.2, выходы которых подключены к входам элементов И 22.1 - 22.4 соответственно, Одни из входов элементов 1 - 3 совпадения соединены с первым входом элемента 4 задержки и входами генератора 18 и счетчика 12, выходы которого соединены с входами номеров экстремумов коммутатора 15, счетные входы счетчиков 10, 11 импульсов подключены к выходу генератора 18 и к счетному входу блока 20 производных, выходы переполнения которого через элемен 1 ИЛИ 16 соединены с одними из входов триггеров 8, 9, Входы разрешения счета счетчиков 10, 11, управляющие входы коммутагора 15 соединены соответственно с другими входами элементов 1, 2 совпадения, с входами генератора 19 и с инверсным и прямым выходами триггера 7, входы которого соединены с выходами элементов 1, 2 и с входами регистров 13, 14, а через элементы 5, 6 задержки - с входами установки счетчиков 10, 11. Другой вход триггера 8 соединен с выходом элемента 4 задержки, а выход триггера 8 через элемент 3 совпадения соединен с другим входом триггера 9, прямые и инверсные выходы которого соединены через ждущий мультивибратор 17 с одним из входов считывания коммутатора 15, информационные5 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 входы которого соединены с выходами регистров 13, 14, другой вход считываниякоммутатора 15 соединен с выходом селекции блока 20 производных, тактовые входыкоторого соединены через генератор 19с выходами триггера 7, выход блокировкиблока 20 соединен с вторым входом элемента 4 задержки.Блок 20 производных (фиг, 2) содержитреверсивные счетчики 23.1 23.4, буферныерегистры 24.1 24,2, блоки 25.1.25.4 вычитания кодов, коммутатор 26 кодов, блок 27селекции нулевых кодов.Реверсивные счетчики 23.1 - 23,3 (фиг.4) содержат элементы И 28.1, 28.2, реверсивный счетчик 29, инвертор 30, реверсивный счетчик 23,4 (фиг, 3) содержит элементыИ 28.1, 28.2, реверсивный счетчик 29, инвертор 30, делитель 31 частоты на два итриггер 32.Блок 27 селекции нулевых кодов (фиг. 5)содержит элемент 33 равнозначности и одновибратор 34,Блок 25 вычитания кодов (фиг, 6) содержит триггеры 35.1, 35,2 знака, элементыИ 36, элементы И - НЕ 37, сумматор 38,элементы ИЛИ 39,Счетчик 12 - сдвоенный, первый счетчик12.1 предустанавливается в начальное состояние минус одна единица счета, а второйсчетчик 12,2 - минус две единицы счета,Коммутатор 15 осуществляет передачуна средний выход код текущего, значенияпериода Т после каждой очередной его записи в регистр 13 или 14 четного, нечетногопериода, а на верхние и нижние выходыподготавливает для последующего считывания коды предшествующих текущему значений периода Т, Ти коды номеровэкстремумов счетчиков 12. С выхода ждущего мультивибратора 17 кодов осуществляютсчитывание значений экстремумов сигналовТэ и их номеров йм, а с выходов блока 27селекции нулевого кода - второй производной кодов перегибов сигнала Тп и их номеров Ип соответствующих экстремумам.первой производной, Подача предшествующих текущему значений периода Т, Тнакоммутатор 15 обеспечивается благодарясохранению предшествующей информациив регистрах 13, 14 в момент набора информации о текущем значении периода однимиз счетчиков 10 или 11.буферные регистры 24 управляются положительным перепадом тактов ЗР генератора 19.Генератор 19 предназначен для вырабатывания четырех тактовых серий импульсов,отстоящих друг относительно друга на величину текущего значения периода исследуемой частоты по четыре такта и равных этим значениям периода, Триггер 21.1 и элементы И 22.1, 22,3 вырабатывают импульсы каждого первого и третьего тактов, а триггер 21.2 и элементы И 22.2, 22.4 - каждых второго и третьего тактов.Блок 20 производных предназначен для определения значений первой и второй производных сигналов, вырабатывания импульсов переполнения, фиксирующих моменты экстремумов сигнала и селекции нулевых 10 значений экстремумов первой производной- перегибов изменений частоты регулирования, показывающих реальный уровень установления сигнала. Измеритель экстремумов временныхинтервалов работает следующим образом. В начальный момент времени триггеры7 - 9, 21,1, 21,2, 32, счетчики 1 О - 12, регист 20 ры 13, 14, 24.1 24.4, реверсивные счетчики 23.1.23.4, триггеры 35.1. 35.2 знака импульсом сброса (цепь сброса на фиг. 1 не показана) устанавливаются в исходное состояние. При этом на выходах триггеров 8,32, на прямых выходах триггеров 7, 9, 21,1, 21.2, 35.1, 35,2 устанавливается низкий уровень напряжения, а на инверсных выходах триггеров 7, 9, 21.1, 21.2 - высокий уровень, На выходах счетчиков 10, 11. 23.1 23,4 и 25 регистров 13, 14, 24,1, 24.4 устанавливается нулевой код. На выходе счетчика 12.1 устанавливается код, соответствующий минус единице счета, а на выходе счетчика 12,2 - код, соответствующий минус двум едини 30 35 цам счета от нулевого кода.Тем же импульсом сброса выход генератора 18 запирается и счетные импульсы не проходят на счетные входы счетчиков 10, 11, 23.1 23.4. В исходном состоянии на входе 40 разрешения счета счетчика 10 и на входе элемента 1 совпадения присутствует высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 7, а на входе разрешения счета счетчика 11 и на выходе элемента 2 1 совпадения открыт, счетчик 10 готов к подсчету импульсов генератора 18, а элемент 2 совпадения закрыт и счетчик 11 заблокиро 50 ван,В начальный момент времени элемент 4 задержки заблокирован по входу с выхода блокировки блока 20 производных. Блокировка осуществляется низким уровнем с выхода триггера 32 реверсивного счетчика 23.4, который опрокидывается в противоположное исходному состояние вторым импульсом такта "-", соответствующим пятому импульсу на выходе измерителя. На выходе триггера 32 счетчика 23.4 блока 20 произсовпадения - низкий уровень с прямого выхода триггера 7, В результате этого элемент водных появляется высокий уровень, разблокирующий элемент 4 задержки. Тем самым устраняются начальные ложные срабатывания триггеров 8, 9 и фиксация экстремумов ждущим мультивибратором 17.После запуска переходного процесса в исследуемой адаптивной системе на вход измерителя экстремумов временных интервалов начинают поступать импульсы переходного процесса установления частоты.Первый импульс переходного процесса, проходя через открытый элемент 1 совпадения на один из входов триггера 7, опрокидывает его в противоположное исходному состояние, на его прямом выходе появляется высокий уровень напряжения, а на инверсном - низкий, Элемент 1 совпадения и вход разрешения счета счетчика 10 блокируются, а элемент 2 совпадения и вход разрешения счета счетчика 11 разблокируются.Первым импульсом переходного процесса открывается выход генератора 18, счетные импульсы которого начинают заполнять счетчик 11. Тем же импульсом с выхода элемента 1 совпадения в регистр 13 переписывается нулевой код с выхода счетчика 10, а через элемент 5 задержки сбрасывается счетчик 10.Второй импульс переходного процесса, .проходя через открытый элемент 2 совпадения на другой вход триггера 7, возвращает его в исходное состояние. Элемент 2 совпадения и вход разрешения счета счетчика 11 блокируются, а элемент 1 совпадения и вход разрешения счета счетчика 1 О разблокируются, Счетчик 10 начинает заполняться счетными импульсами генератора 18 во втором исследуемом периоде. Тем же импульсом с выхода элемента 2 совпадения в регистр 14 переписывается код с выхода счетчика 11, соответствующий длительности первого периода исследуемой частоты, а через элемент задержки 6 счетчик 11 сбрасывается в исходное состояние.Третий импульс переходного процесса, проходя, как и первый, через разблокированный элемент 1 совпадения, опрокидывает триггер 7 в противоположное исходному состояние. При этом элемент 1 совпадения блокируется, счетчик 10 прекращает подсчитывать импульсы генератора 18, элемент 2 совпадения разблокируется и счетчик 11 начинает вновь подсчитывать счетные им-. пульсы генератора 18 в третьем исследуемом периоде в то время, как в регистре 14 зафиксирован код, соответствующий длительности первого периода, Тем же третьим импульсам с выхода элемента 1 совпадения в регистр 13 переписывается код второго периода с выхода счетчика 10; а через эле 1674055мент 5 задержки счетчик 10 сбрасывается висходное состояние.В регистрах 13, 14 осуществляется пространственное разделение значений четных и нечетных периодов, повышающеебыстродействие измерителя. экстремумов сучетом временного разнесения операцийзаписи и считывания. Длительность временного разнесения в элементах 5, 6 определяется длительностью записи в регистры 13,14 и опрокидывания триггера 7 независимоот длительности импульсов переходногопроцесса. Это исключает погрешность начала счета счетчиков 10, 11 и последующуюзапись искаженной информации в регистры13, 14,Импульсы переполнения счетчиков 23,проходя через элемент ИЛИ 16, не вызывают изменения исходного состояния триггеров 8, 9. Третий, задержанный в элементе 4,импульс с входа измерителя опрокидываеттриггер 8 в противоположное исходному состояние. Появившийся на выходе триггера 8высокий уровень напряжения открываетэлемент 3 совпадения. Очередной импульспереполнения с выхода элемента ИЛИ 16возвращает триггер 8 в исходное состояние,закрывая элемент 3 совпадения.После достижения первого максимального значения периода (экстремума) импульсы переполнения с выхода элементаИЛИ 16 прекращают поступать на входытриггеров 8, 9. Очередным импульсом с входа измерителя через открытый элемент 3совпадения триггер 9 опрокидывается впротивоположное исходному состояние.Положительным перепадом напряжения сего прямого выхода запускается ждущиймультивибратор 17, вырабатывающий импульс считывания кодов значения экстремума Т 1 и его номера М;.1 в коммутаторе 15,соответствующий коду предшествующеготекущему значения периода Т.После достижения первого минимального значения периода первым импульсомпереполнения с выхода элемента ИЛИ 16триггеры 8, 9 опрокидываются в исходноесостояние, Элемент 3 совпадения закрывается, а положительным перепадом напряжения с инверсного выхода триггера 10запускается ждущий мультивибратор 17,вырабатывающий импульс считывания кодов значения экстремума Та и его номерайэ 2 в коммутаторе 15, соответствующий коду предшествующего текущему значенияпериода,Таким. образом осуществляется определение и считывание максимальных и минимальных экстремумов сигналов. Генератор 19 имеет два счетных тригге. ра 21.1, 21.2 для устранения задержки прохождения фронта импульсов с выходовтриггера 7. Вследствие задержки фронта5 спад этих импульсов смещен относительноспадов импульсов триггера 7. Совпадение вэлементах 22.1 22,4 осуществляется, поэтому не по передней части импульсов, а позадней, Генератор 19 управляет последо 10 вательностью суммирования, вычитания исброса реверсивных счетчиков 23.1 23,4,записи в регистры 24.1 24,4, сброса триггеров 35.1, 35,2 знака в блоках 25 вычитаниякодов, выборки результата (величины вто 15 рой производной) коммутатором 26 блока 20производных,В счетчике 23.1 в течение первых тактовпроисходит суммирование счетных импульсов генератора 18, а затем в течение вторых20 тактов вычитание счетных импульсов. Разностный код с выхода счетчика 23.1 в течение третьих тактов перезаписывается врегистр 24. Четвертыми тактами осуществляется сброс счетчика 23.1 в исходное состо 25 яние.Операции суммирования, вычитания,сброса остальных реверсивных счетчиков23.2 - 23,4 и записи в остальные регистры24 осуществляются со сдвигом на один такт30 вперед для каждых последующих реверсивных счетчиков 23 и регистров 24, значениясо. вторых, в последовательности: суммирование, вычитание, запись, сброс,Значение разностного кода с выходов35 счетчиков 23 и регистров 24 соответствуетзначениям первой производственной сигнала, а знак разностного кода определяетсясигналами переполнения счетчиков 23. Выборка прямого и обратного кодов разности40 производится в блоках 25 вычитания элементами совпадения соответственно: элементы 36 - поразрядно без инверсии;элементы 37 - поразрядно с инверсией,Прохождение прямого и обратного кодов на45 входы сумматора 38 осуществляется черезэлементы ИЛИ 39 поразрядно. В исходномсостоянии, после общего сброса триггеров35,1, 35,2 знака, вычитаемое передаетсячерез элементы ИЛИ 39 на одну группу50 входов сумматора 38 в прямом коде, а вы-читающее - на его другую группу входов вобратном порядке, При появлении импульса переполнения на выходе реверсивныхсчетчиков 23 вычитаемого и вычитающего55 триггеры 35,1, 35.2 опрокидываются в противоположное исходному состояние, так чтообратный код с выхода реверсивного счетчика 23 вычитаемого инвертируется в прямой, а обратный код с выхода реверсивногосчетчика 23 вычитания кодов, 1674055 10Таким образом осуществляется правильная работа вычитателей и всего измерителя в целом.На выходах блоков 25 вычитания формируются текущие значения раэностного кода, соответствующие значениям второй производной сигнала. Выборка значений раэностного кода с выходов блоков 25 вычитания осуществляется тактовым коммутатором 26, Выборка значений разностного кода в коммутаторе 26 начинается с каждого четвертого такта и завершается каждым третьим тактом, поскольку процесс вычитания кодов в первом блоке 25 начинается после записи во второй регистр 24 (т,е. кажым четвертым тактом), а процесс вычитания кодов в каждом последующем блоке 25 производится со сдвигом на один такт вперед. Ступенчатые значения разностного кода с выхода тактового коммутатора в блоке 27 селекции сравниваются с нулевым кодом. В случае их совпадения с нулевым кодом на выходе блока 27 селекции нулевых кодов вырабатывается импульс считывания кодов значения перегиба Тп 1 и его номера ЙП 1сигнала с нижних выходов коммутатора 15.Значение кодов Тп соответствует коду периода Ти определяется начиная с начального четвертого такта генератора 19,Ложные срабатывания блока 27 селекциинулевых кодов до пятого такта не происходят, поскольку запуск одновибратора 34 осуществляется отрицательным перепадом,Положительные значения второй проиэводной (положительный угол наклона)сигнала передаются с выхода тактового коммутатора 26 в обратном коде, а отрицательные (отрицательный угол наклона) - в прямом.Таким образом, данный измерительэкстремумов временных интервалов определяет текущие значения периода, значения экстремумов первого и второго рода, моменты, значения интервалов и их номера,соответствующие экстремумам, обеспечи.вает измерение не только текущего значения периода, но и экстремумов первого и второго рода, значения и номера периода, соответствующие экстремумам, по сравнению с известными обеспечивает болеевысокое быстродействие, устраняется погрешность начала измерения периода, т.е, повышается надежность, имеет более широкие функциональные возможности в определении значений и моментов экстремомов второго рода.Формула изобретенияИзмеритель экстремумов временныхинтервалов, содержащий первый регистр,первый, второй и третий элементы совпаде 5 10 15 20 25 30 35 40 50 ния, первые входы которых подключены к входной шине и к первому входу первого элемента задержки, выходы первого и второго элементов совпадения подключены к входам первого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента совпадения, с выходом разрешения первого счетчика импульсов и с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с входом разрешения второго счетчика импульсов, с вторым входом второго элемента совпадения и с прямым выходом первого триггера, выход первого элемента задержки подключен к первому входу второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента совпадения, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым входом второго триггера и с выходом элемента ИЛИ, прямой и инверс-. ный выходы третьего триггера подключены через ждущий мультивибратор с первым входом считывания коммутатора, счетные входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к выходу генератора эталоннойчастоты, отл и ча ющи йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены второй и третий элементы задержки, третий счетчик импульсов, второй регистр, генератор тактовой частоты и блок производных, причем выход первого элемента совпадения подключен к входу записи первого регистра и через второй элемент задержки - к установочному входу первого счетчика импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к входу записи второго регистра и через третий элемент задержки - к установочному входу второго счетчика импульсов, выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены соответственно с входами первого и второго регистров, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора, входы номеров экстремумов которого соединены через третий счетчик импульсов с входной шиной и с входом генератора эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу блока производных, тактовые входы которого подключены через генератор тактовой частоты к прямому и инверсному выходам первого триггера, а второй вход считывания коммутатора подключен к выходу селекции блока производных, выход блокировки которого соединен с вторым входом первого элемента задержки, а выходы перечолнения блока производных подключены к входам элемента ИЛИ.)мбинат "Пате ТУЛЬСКИЙ ВВННО Составитель Р. Матв Техред М.Моргентал каз 2919 Тираж 259 В Н И И ПИ Государс гвен ного комитета по 113035, Москва, Ж