Преобразователь временных интервалов в код

ОПИСАНИЕпц 687590Г Союз Советских Социалистических Раслублик(51)М. Кл.2 Н 03 К 13/20 Государственный комнтет СССР оо делам нзобретеннй н открытнйЯата опубликования описания 28,09,79, 54 ) ПРЕОБРА ЗОВА ТЕЛЬ ВРЕМЕННЬ)Х ИНТЕРВАЛОВ В КОДИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в аналого-цифровых преобразователях.5Выходные напряжения датчиков угла преобразователей, угол-код с промежуточным преобразованием угла в фазу синусоидального напряжения и временной интервал можно охарактеризовать как периодические сигналы с равными, полупериодами. Таким образом, преобразование в двоичный код временных интервалов, ограниченных укаэанньми сигналами, является широко распространенной задачей.Известен преобразователь, содержащий источник импульсов, с первого выхода которого разрешается прохождение на вход счетчика импульсов (в момент, соответствующий переднему фронту первого управляющего импульса), частота которых в два раза меньше частоты следования импульсов на выходе генератора калиброванной частоты 1) . В течение времени, ограничен. ного окончанием действия первого управляющего импульса и передним фронтом второго управляющего импульса с второго выхода источника импульсов, на вход счетчика поступают импульсы с выхода генератора калиброванной частоты, В течение времени, ограниченного передним фронтом второго управляющего импульса и окончанием его действия, частота импульсов, поступающих на вход счетчика, вновь уменьшается в два раза. Таким. образом, в счетчике фиксируется код, пропорциональный временному интервалу между серединами длительностей двух управляющих импульсов.Однако в этом устройстве время преобразования зависит от длительности управляющих импульсов; увеличивается погрешность преобразования временного интервала, ограниченного управляющими импульсами, при изменяю- шихся в процессе эксплуатации преобразователя длительностях управляющих импульсов.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является.преобразователь, в котором импульсы, вырабатываемые генератором тактовой частоты, подсчитываются в счетчике в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами старт- и стоп-импульсов или стоп- и старт- импульсов. При этом в счетчике фиксируется код, пропорциональнь;й измеряе 687590мому временному интервалу или егодополнению к периоду, а максимальноевремя измерения временного интервалас моментаподачи импульса опроса доокончания счета не превышает одногопериода между старт-импульсами(стопимпульсами) 2).Недостатком этого преобразователяявляется относительно малое быстродействие.Целью изобретения является повы:шение быстродействия,Это достигается тем, что в преоб разователь, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генераторТаКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ВЫХОД КОТОРОГОсоединен с первым входом первоговентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пять ВЯ-триггеров, прямойвыход первого из которых соединен суправляюшими входами второго и третьего вентилей, основной формировательстарт-импульса, выход которого черезвторой вентиль соединен с Я входомвторого ВЯ-триггера, вход основногоформирователя старт-импульса соединен с шиной старт-сигнала, основной 25формирователь стоп-импульса, выходкоторого через третий вентиль соединен с Я входом третьего триггера,вход основного формирователя стопимпульса соединен с шиной стоп-сигна" 30ла, выходы четвертого и пятого вентилей подключены к Я входам четвертого и пятого триггеров соответственно, дополнительно введены Формирователь старт-импульсов, формирователь стоп-импульса, элемент НЕ;. дваВЯ триггера, десять элементов И,пять элементов ИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импульсасоединен с входом дополнительногоФормирователя старт-импульса, выходкоторого соединен с первыми входамичетвертого вентиля, первого и второго элементов И, вход основного фсрмирователя стоп-импульса соединен с 45входом дополнительного формирователя стоп-импульса, выход которогосоединен с первыми входами пятоговентиля,.третьего и четвертого элементов И, выход основного Формирователя старт-импульса подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, а выход основного Формирователв стоп-импульса соединен с первымивходами седьмого и восьмого элементов Ъ; выходы второго, третьего, четвертого и пятого ВЯ-триггеров черезпервый дополнительный элемент ИЛИподключены к второму входу первоговентиля, выход которого соединенсо счетным входом счетчика импульсов 60кроме того, выход второго ВЯ-триггера соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, выходчетвертого ВЯ-триггера соединен свторыми входами третьего и седьмого Я элементов И, выход пятого ВБ-триггера соединен с вторьщи входами второго и шестого элементов И, выходтретьего ВЯ-триггера соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И, третьи входы элементов И спервого по восьмой обаединены и соединены с выходом первого дополнительного ВЯ-триггера, выходы первого,пятого, второго и шестого элементовИ через основной элемент ИЛИ соединены с Я входом триггера знака и с.первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены выходыседьмого и четвертого элементов И,выходы второго, третьего, пятого ивосьмого элементов И через третий дополнительный элемент ИЛИ соединеныс Б входом второго дополнительногоВБ-триггера и четвертым входом второго дополнительного элемента ИЛИ,выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключенк Я входу первого дополнительногоВЯ-триггера и непосредственно кВ входу первого ВБ-триггера, инверсный выход которого соединен с В входом первого дополнительного ВБ-триггера, прямой выход первого ВЯ-триггера подключен к управляющим входампервого, четвертого и пятого вентилейи к второму входу четвертого дополнительного. элемента ИЛИ, выход последнего разряда счетчика импульсовчерез элемент НЕ подключен к первомувходу девятого элемента И и непосредственно к первому входу десятого элемента И, прямой и инверсный выходывторого дополнительного ВЯ-триггераподключены к вторым входам соответственно девятого и десятого элементовИ, выходы которых соединены с входами пятого дополнительного элементаИЛИ,При этом в преобразователе временных интервалов в код импульсы,вырабатываемые генератором тактовыхимпульсов, .подсчитываются счетчикомв течение времени, ограниченногопередними фронтами двух ближайшихпо времени после поступления на входпреобразователя импульса опроса импульсов, соответствующих началам исерединам периодов старт- и стопсигналов.На фиг. 1 представлена структурнаясхема преобразователя временных интервалов в код; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы при одномиз возможных вариантов расположенияво времени импульса опроса, старти стоп-сигналов.Преобразователь содержит генератор.1 тактовых импульсов, вентили2-б, элементы И 7-16, счетчик 17 импульсов, элемент НЕ 18, элементыИЛИ 19-24, триггер 25 знака, ВЯ-триг 607590геры 26-32, Формирователи 33 и 34старт-импульса, Формирователи 35 и36 стоп-импульса,Выходы счетчика 17 импульсов иэлементов ИЛИ 19 являются выходомустройства. 5Преобразователь работает следующим образом.В начале каждого измерения подается сигнал установки всех триггеров устройства в нулевое состояние.На входы формирователей 33 и 34 импульсов поступает старт-сигнал в виде напряжения, например, синусоидальной формы, на входы Формирователей35 и 36 импульсов стоп-сигнал такойже Формы (см. Фиг. 2). На выходахФормирователей 33 и 35 Формируютсяимпульсы при изменении знака входныхсигналов с минуса на плюс, а на выходах формирователей 34 и 36 - с плюсана минус. В результате получаем четыре временных интервала Т 1, Т, Т,Т ограниченных передними фронтамиимпульсов на выходах Формирователей33-36 импульсов. В зависимости от Фазовых соотношений старт- и стоп-сигналов истинное значение временногоинтервала может быть равно Т 1 или2 Т 3 +Т, а его дополнение к пе -риоду соответственно равно Т 1 +2 Тили Т .(см. Фиг. 2), 30Дальнейшая работа преобразователяопределяется расположением импульсовна выходах формирователей 33-36 поотношению к импульсу опроса, фиксирующему начало измерения. Временные 35диаграммы, представленные на Фиг. 3поясняют работу преобразователя вслучае, когда длительность измеряемого временного интервала Т меньшеполовины периода старт-сигнала (стопсигнала), а импульс опроса поступаетв течение временного интервалаТ -Т. Импульс опроса поступает наБ вход триггера 32, устанавливая егов единичное состояние. При этом спрямого выхода триггера 32 на входывентилей 2-6 поступает разрешающийпотенциал. Однако вентиль 2 закрытзапрещающим потенциалом с выхоца элемента ИЛИ 24, Сигнал с прямого выхода триггера 32 поступает также навход элемента ИЛИ 20, сигнал с выхода которого поступает на Б вход триггера 26. При этом на выходе триггера.26 формируется разрешающий потенциал,поступающий на входы элементов И /-14.БПервый после импульса опроса импульс,сформированный из стоп-сигнала на выходе формирователя 35, через элементИ 15 псступает на Б вход триггера 30,устанавливая его в единичное состояние. При этом с выхода триггера 30разрешающий потенциал поступает навходы элементов И 9 и 10 и черезэлемент ИЛИ 24 - на -вход вентиля 2,разрешая прохождение импульсов с вы хода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 на вход счетчика 17 импульсов, Сформированный из старт- сигнала на выходе формирователя 34 импульс через элемент И 9, на который поступают два разрешающих потенциала с выходов триггеров 26 и 30, и далее через элементы ИЛИ 22 и 23 поступает на вход элемента ИЛИ 21 и Б входы триггеров 25 и 27, устанавливая их в единичное состояние. Через элемент ИЛИ 21 импульс поступает на Н вход триггера 32, устанавливая его передним фронтом в нулевое состояние. При этом на прямом выходе триггера 32 Формируется потенциал, запрещающий прохождение импульсов через вентили 2-6. Подсчет импульсов счетчиком 17 прекращается и в счетчике фиксируется код, пропорциональный интервалу времени Т (см, фиг. 2 а). В связи с тем, что интервал времени Т меньше половины периода старт- сигнала, в старшем разряде счетчика, емкость которого соответствует числу импульсов, пропорциональному периоду старт-сигнала (стоп-сигнала), фиксируется нулевое значение кода, что соответствует единичному значению на выходе элемента НЕ 18. Следовательно, на каждый из двух входов элемента И 15 поступает соответствующий логи- . ческой единице потенциал с выхода элемента НЕ 18 и прямого выхода триггера 27. На выходе элемента И 15 формируется сигнал, соответствующий логической единице, который через элемент ИЛИ 19 поступает на выход преобразователя, представляя собой стар-. ший и разряд кода. Поступающие на входы элемента И 16 с выхода старшего разряда счетчика 17 и инверсного выхода триггера 27 сигналы, соответствующие логическому нулю, формируют на .выходе элемента И 16 сигнал, соответствующий логическому нулю, который не изменяет сигнал на выходе элемента ИЛИ 19, Зафиксированный в счетчике 17.код с первого по (и) . разряды, пропорционален временному интервалу между передними фронтами импульсов на выходах формирователей 35 и 34, а значек,:е кода в старшем и разряде на выходе элемента ИЛИ 19 соскветствует временному интервалу между передними Фронтами импульсов на выходе формирователей 34 и 33 или половине периода старт-сигнала (стоп-сигнала), Таким образом, полученное значение кода пропорционально дополнению.к периоду измеряемого временного интервала Тц, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака.Импульс с выхода формирователя 34 импульсов за счет разницы в задержках переключения элементов преобразователей может также через вентиль 4поступить на Б вход триггера 29 и установить его в единичное состояние. Однако это не повлияет на сформирован ное значение кода, потому что, как уже указывалось выше, прохождение импульсов с выхода генератора 1 через вентиль 2 не разрешается запрещающим потенциалом с прямого выхода триггера 30.Импульс с выхода элемента ИЛИ 21 через элемент ИЛИ 20 поступает на 10 Б нход триггера 26, удерживая его в состоянии, при котором с выхода триггера 26 разрешающий потенциал продолжает поступать на входы элементов И 7-14. По окончании действия импуль- (5 са на выходе элемента ИЛИ 21 триггер 26 устанавливается в нулевое состоя" ние сигналом, поступающим на его Н вход с инверсного выхода триггера 32. При этом с выхода триггера 26 на входы элементов И 7-14 поступает запрещающий потенциал и импульсы, Формируемые в дальнейшем на выходах Формирователей 33"36.импульсон не могут изменить значения старшего разряда кода и сигнала на выходе триггера 25 знака. Задержка изменения состояния триггера 26 на время, равное длительности импульса на выходе элемента ИЛИ 21, обеспечивает уверенное срабатывание триггеров 25 и 27, которое 30 не зависит от задержекэлементов устройства.Таким образом, время преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала). 35В случае, если длительность изме" ряемого временного интервала не более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала) и поступает импульС. опроса в течение временного интервала 40 Т (см. Фиг, 2 а), то преобразователь работает следующим образом. На входсчетчика 17 с выхода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 поступают импульсы в течение временного интервала, ограниченного передними Фронтами импульсов, сформированных на выходах Формирователей 34 (начало интервала) и 36 (конец интервала)Полученное н счетчике 17 значение кода пропорционально измеряемому временному интервалу Т, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выхода триггера 25 знака, а время измерения не превышает половины периода"старт-сигнала (стоп-сигнала) . Сигнал на выходе элемента ИЛИ 19 соответствует логическому нулю, так как на выходах элементов И 15 и 16 сФормированы нули, на один вход каждого иэ указанных элементов поступает ЬО сигнал, соответствующий логической единице (соответственно с выхода элемента НЕ 18 и инверсного выхода триггера 27), а на другой вход - соответствующий логическому нулю (соот нетственно с прямого выхода триггера 27 и старшего разряда счетчика 17).Работа преобразователя при длительности измеряемого временного интервала, превышающего половину периода старт-сигнала (стоп-сигнала), и поступлении импульса опроса в течение временного интервала Т (см. Фиг.2 б) происходит следующим образом, На вход счетчика 17 с выхода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 поступают импульсы в течение временного интервала, ограниченного перед- ними фронтами импульсов на выходах формирователей 36 и 34. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально дополнению к периоду измеряемого временного интервала, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака. Здесь время преобразования также не превышает половины периода старт- сигнала (стоп-сигнала) .При длительности измеряемого временного интервала более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала) и поступлении импульса опроса в течение временного интервала Т 4 (см. Фиг.2 б) преобразователь работает следующим образом. На вход счетчика 17 через вентиль 2 поступают импульсы, вырабатываемые генератором 1 тактовых импульсов, в течение временного интервала, ограниченного передними Фронтами импульсов на выходах Формирователей 34 и 35 импульсов. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально иэмеряевюму временному интервалу, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выходе триггера 25 знака. Время преобразования не превышает полонины периода старт-сигнала (стоп-сигнала).Таким образом, максимальное время измерения временного интервала с момента подачи импульса опроса до окончания преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стоп- сигнала).Формула изобретенияПреобразователь временных интерналов н код, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с перным входом первого вентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пять ВБ-триггеров, прямой выход первого из которых соединен с управляющими входами второго и третьего вентилей, основной Формирователь старт-импульса, выход которого через второй вентиль соединен с Я входом второго ВЯ-триггера, вход основного формирователя старт-импульса соединен ", шиной стартсигнала, основной Фор 687599мирователь стоп-импульса, выход которого через третий вентиль соединенс Я входом третьего триггера, входосновного формирователя стоп-импульсасоединен с шиной стоп-сигнала, выходычетвертого и пятого вентилей подключены к Я входам четвертого н пятоготриггеров соответственно, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия, в него дополнительно введены формировательстарт-импульса, формирователь стопимпульса, элемент НЕ, два ВЯ-триггера,десять элементов И, пять элементовИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импульса соединен с входом дополнительного формирователястарт-импульса, выход которого соединен с первыми входами четвертоговентиля, первого и второго элементовИ, вход основного формирователя стопимпульса соединен с входом дополнительного формирователя стоп-импульса,выход которого соединен с первымивходами пятого вентиля, третьего ичетвертого элементов И, выход основного формирователя старт-импульсаподключен к первым входам пятого ишестого элементов И, а выход основного формирователя стоп-импульса соединен с первыми входами седьмого ивосьмого элементов И, выходы второго, 30третьего, четвертого и пятого ВЯ-триггеров через первый дополнительныйэлемент ИЛИ подключены к второму входу первого вентиля, выход которогосоединен со счетным входом счетчика 35импульсов, кроме того, выход второгоВЯ-триггера соединен с вторыми входамичетвертого и восьмого элементов И,выход четвертого ВЯ-триггера соединен с вторыми входами третьего и седь-яОмого элементов И, выход пятого ВЯтриггера соединен с вторьии входамивторого и шестого элементов И, выход третьего ВЯ-триггера соединен свторьзки входами первого и пятого 45 элементов И, третьи входы элементовИ с первого по восьмой обаединены исоединены е выходом первого дополнительного ВЯ-триггера, выходы первого,пятого, второго и шестого элементовИ через основной элемент ИЛИ соединены с Я входом триггера знака и с первым входом второго дополнительногоэлемента ИЛИ, к второму и третьемувходам которого подключены выходыседьмого и четвертого элементов И,выходы второго, третьего., пятого ивосьмого элементов И через. третийдополнительный элемент ИЛИ соединеныс Я входом второго дополнительногоВЯ-триггера и четвертью входом второго дополнительного элемента ИЛИ,выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключен кЯ входу первого дополнительногоВЯ-триггера и непосредственно кВ входу первого ВЯ-триггера, инверсный выход которого соединен с В входом первого дополнительного ВЯ-триггера, прямой выход первого ВЯ-триггера подключен к управляющим входампервого, четвертого и пятого вентилей и к второму входу четвертого додолнительного элемента ИЛИ, выходпоследнего разряда счетчика импульсов через элемент НЕ подключен к первому входу девятого элемента И инепосредственно к первому входу десятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго дополнительногоВЯ-триггера подключены к вторым входам соответственно девятого н десятого элементов И, выходы которых соединены с входаж пятого дополнительного элемента ИЛИ.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 352391, кл, И 03 К 1 3/02, 1971.2. Авторское свидетельство СССРФ 289509, кл. Н 03 К 13/02, 1969б 87590 Сщарт- Стол сигнап Отщршгнап Стор сигна к ЗФаСоставитель Л. Плетневаедактор Н. Хлудова Техред С.Мигай Корректор а . ГРиценко акаэ 5744 52 Патент или ал ужгород ул ектная, 4 Инпупьсспрос2 прюойбыкос 7) Тираа 1060 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж-З 5, РаушПодписнокомитета СССРи открытийкая наб д, 4/