Цифровой измеритель временных интервалов

и 966662 Союз СоветскихСоцналмсткческнхРеспублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпо делам изобретений и открцтийОпубликовано 15.10,82. Бюллетень ЭЙ 38 Дата опубликования описания 5.10.82 ъ С, В. Денбновецкий, С. М, Кокошкин, В, А. Св Ю. Е. Соломко и А. Н. Шку2) Авторы изобретен Киевский ордена Ленина политехнический инстиОктябрьской социалистическ(71) Заявител ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛ Изобретение ообразного преобразователянапряжения.Известен из и генератора ожет бь ов,временных па в автоматике, боростроении. х ин меритель временнь жит генератор сче тй с блоком гру м канале старто с блоком точи тных импуль. бого измеревого и стопо. которыи содесов, соединенньния и в кажд 4) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИ относится к радиоизмерениюиспользовано для измеренияметров импульсных сигналоввычислительной технике и при. Известен измеритель временных интервалов, в котором временной интервал измеряется грубо тг = йТо (где 1 о - период следования счетных импульсов, й - число счетных импульсов на временном интервале) с помо. шью метода последовательного счета, а отрезки времени т (т ) между стартовым (стоповым) импульсами и последующим счетным импульсом - с помощью преобразователя масштаба времени (нониусного, время - ампли. туда - время или других типов). Измеритель содержит триггеры формирования временного интервала, преобразователь временного интервала в напряжение, второй триггер формирования преобразованного временного интервала, генератор пилообразного напряжения, сравнивающее устройство, генератор и ключ 1.Недостатком этого измерителя является погрешность, обусловленная нелинейностью вого импульсов ого измерения 2.Однако это устройство характеризуется 10погрешностью измерения, обусловленной адцитивной, мультипликативной и нелинейной составляющими преобразователей масштаба временных отрезков т ив блоках точного измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровойинтервалометр, который содержит генераторсчетных импульсов, время - амплитудный преобразователь, содержащий два источника тока 20 заряда и один источник тока разряда накопительного конденсатора, сам накопительныйконденсатор и сравнивающее устройство, атакже блоки устранения неоднозначности встартовом и стоповом каналах и счетчики 3)Недостатками этого устройства являютсяпогрешность измерения, связанная с нелинейностью преобразования масптаба времени изза изменения величины напряжения накопитель.ного конденсатора, до которого он зарядилсяза время тз, на интервале времени от заднего фронта импульса тз до переднего фронтаимпульса т, за счет протекания токов утечки, а также сложность принципиальной схемы,обусловленная построением преобразователямасштаба времени на двух источниках токазаряда накопительного конденсатора, и какследствие этого, наличием двух триггеровуправления источниками тока заряда.Цель изобретения - повышение надеж-ности и точности измерений,Поставленная цель достигается тем, что в,цифровой измеритель временных интервалов,содержащий генератор счетных импульсов, первь 1 й выход которого подключен к первымвходам блоков устранения неоднозначностиотсчета стартового и столового каналов и первого элемента Ивторой и третий входы которого соединены с первыми выходами блоковустранения неоднозначности отсчета соответственно стартового и столового каналов, авыход - со счетным входом счетчика целойчасти результата измерения, второй выходгенератора счетных импульсов подключен кпервому входу второго элемента И, второйвход которого соединен с выходом преобразователя масштаба времени, а выход - сосчетным входом счетчика %робкой части ре.зультата измерения, вход преобразователямасштаба времени соединен с выходом триг.гера формирования интерполяционных отрез.ков, введены два элемента ИЛИ, два эле.мента задержки, блок управления, третийи четвертый элементы И, вычитающие счетчи.ки дробной и целой частей измеряемого временного интервала, два блока переписи кодаи элемент НЕ, причем шины старт- и стопимпульсов подключены к первым входамсоответственно первого и второго элементовИЛИ, вторые входы которых объединены иподключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен спервыми входами третьего и четвертого элементов И, третий выход блока управленияподключен к входам установки нуля всехэлементов измерителя, а его вход соединенсо вторым выходом генератора счетных импульсов, выход первого элемента ИЛИ нодключен ко второму выходу блока устранения неоднозначности отсчета стопового канала, к первому входу триггера формированияинтерполяционных отрезков и второму входу блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала, выход второго элерюен 5 10 15 счетчика целой части результата измерения20 и вторым входом четвертого элемента И,25 35 40 45 50 55 та ИЛИ через последовательно соединенныепервый и вторОй элементы задержки подключен ко второму выходу блока устранениянеоднозначности отсчета стартового канала ико второму входу триггера формированияинтерполяционных отрезков, выход первогоэлемента задержки соединен со вторым входом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала, выход второго элемента И подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого соединенсо входом вычитающего счетчика дробнойчасти измеряемого временного интервала,выходы разрядов которого через первыйблок переписи кода подключены к информационным входам счетчика дробной части ре.зультата измерения, выход последнего раз. ряда которого соединен со счетным входом выход которого подключен к выходу последнего разряда вычитающего счецщка дроб. ной части измеряемого временного интервала и входу вычитающего счетчика целой части измеряемого временного интервала, выходы разрядов которого через второй блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика целой части результата изме рения, выход элемента НЕ соединен с управляющими входами блоков переписи кода.Блоки устранения неоднозначности отсчета стартового и стопового каналов идентичны и содержат каждый три триггера и два элемента И - НЕ, причем прямой выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И - НЕ, прямой выход второго триггера является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала и подключен к первому входу второго элемента И - НЕ, вторые входы элементов И - НЕ объединены и являются первым входом блока, вторым входбм которого является вход пер. вого триггера, инверсный выход второго триггера является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала и подключен к третьему входу первого элемента И - НЕ, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход третьего триттера подключен к третьему входу второго элемента И.НЕ выход которого подключен к счетному входу третьего триггера и является вторым выходом блока.Кроме того, преобразователь масштаба времени содержит источники токов заряда и разряда, накопительный конденсатор и компа. ратор, причем выход источника тока заряда соединен с одной из обкладок накопительного конденсатора, входом компаратора и пер66662 5 9вым входом истопщка тока разряда, второйвыход которого является входом преобразователя, выходом которого является выход компаратора.На фиг, 1 приведена структурная схемацифрового измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - временные диаграммыее работы в процессе калибровки и в процессе измерения,Измерительная часть цифрового измерителявременных интервалов содержит генератор 1счетных импульсов, следующих с периодом Фо,элемент 2 И, триггер 3 формирования интерполяционных отрезков, преобразователь 4 масштаба времени, состоящий из источников 5тока разряда и источника 6 тока заряда, накопительного конденсатора 7 и компаратора 8вычитаюшие счетчики 9 и 10 целой и дробнойчастей измеряемого временного интервала соответственно, счетчики 11 и 12 соответственно целой и дробной частей результата изме.рений, элемент 13 ИЛИ и элементы 14 и15 задержки, элемент 16 ИЛИ, блоки 17и 18 устранения неоднозначности соответственно стартового и столового каналов, состоящие из триггеров 19, 20 и 21 (22, 23 и24) элементов 25 и 26. (27 и 28) И - НЕ, визмерительную часть входит также элемент29 И,Калибровочная часть цифрового измерителявременных. интервалов содержит элементы 30и 31 И, элемент 32 НЕ,блоки 33 и 34 переписи кода и блок 35 управления,Блок 35 управления предназначен для формирования в процессе калибровки сигналовО, Оз, 09. В его состав входит триггер(не показан), установочные входы которогосоединены с шинами "Режим калибровки".и"Режим измерения", единичный выход триггера является вторым выходом блока управ.пения, Для формирования импульса О, попервому выходу блока управления примененблок выделения одиночного импульса (непоказан) аналогичный блоку устранения неоднозначности, а для формирования импульса0, по третьему выходу - блок привязки(не показан) к заднему фронту импульса О.В исходном состоянии счетчики 11 и 12установлены в нуль, а счетчики 9 и 10 - всостояние 99 9. Триггеры 19 и 22, 20 и23 держат в закрытом состоянии элементы .25 и 27, 26 и 28 соответственно, кроме это.,го триггер 20 запрещает прохождение последовательности счетных импульсов (О,) черезэлемент 2 И, триггер 3 держит отключеннымисточник 5 тока разряда от накопительногоконденсатора 7, который заряжен от источника 6 тока заряда, Элементы И 30 и 31открыты сигналом с второго выхода блока10 1 30 2 30 3 46 4 035 управления, элемент 29 И, управляемыйкомпаратором 8, закрыт,Цифровой измеритель временных интерваловработает следующим образом.В процессе калибровки осуществляется иэ.мерение нулевого временного интервала. Процесс калибровки начинается с момента подачис блока 35 управления сигнала (Оз) черезэлемент. 13 ИЛИ на блок 17 устранения неоднозначности стартового канала и на единичный вход (О,) триггера 3, устанавливающийпоследний в единичное состояние (О), разрешающее разряд (0,) накопительного конденсатора 7 через источник 5 тока разряда и.формирующий начало интервала длительностью,та, а также через элемент 16 ИЛИ иэлемент 14 задержки, с временем задержки2 То(0), на блок 18 устранения неоднозначности столового канала. При достижениинапряжения на конденсаторе 7, равного Оп р,срабатывает компаратор 8, сигнал с выходакоторого (О,з) даеат разрешение на прохож.дение последовательности счетных импульсовчерез элемент 29 И (О,о) в счетчики дроб.ных частей 12 и 10. Сигнал (Оз), пришедший в блок 17 устранения неоднозначности,переключает триггер 19 в единичное состоя.ние (Об), разрешаюшее прохождение последовательности счетных импульсов от генера.тора 1 через элемент 25 И - НЕ, первый нм.пульс (От), с выхода которого, задним фронтом устанавливает триггер 20 в единичноесостояние (Оа). Сигнал с инвертированноговыхода триггера 20 поступает на вход эле.мента 25 И - НЕ и запрещает прохождениечерез него последовательности счетных импульсов, а сигнал с прямого выхода этоготриггера открывает элемент 2 И, разрешаятем самым прохождение последовательностисчетных импульсов (09) в счетчики целойчасти: через элемент 30 И в вычитаюшийсчетчик 9 и непосредственно в счетчик 11.Элемент 26 И - НЕ, открытый сигналом (Оа)с прямого выхода триггера 20, пропускает первый импульс (О,а) последовательности, который поступает на счетный вход триггера21 и нулевой вход триггера 3 и устанавливает задним фронтом триггер 21 в нулевоесостояние, эапрешаюшее прохождение черезэлемент 23 И - НЕ последовательности счетных импульсов, а переднимфронтом триггер 3 - в исходное состояние (О), эапрешаюшее разряд (О,з) накопительного конденсатора 7 через источник 5. На этом. закан"чивается формирование интервала длятель.ностью т и начинается медленный дозаряд накопительного конденсатора 7 рт источника 6 тока э 3 заряда. Отношение величины тока заряда 33 к величине тока раз.662 7 966 ряда Рр определяет коэффициент преобразования масштаба времени К = Зз/3 = 1000,р Приходящий в блок 18 устранения неод.нозначности сигнал (Оз) с блока 35 управления, задержанный на 2 Г (О,в), переклю.чает триггер 22 в единичное состояние (О,в),разрешающее прохождение последовательностисчетных импульсов от генератора 1 черезэлемент 27 И - НЕ. Первый импульс (0,7)с выхода элемента 27 И - НЕ задним фронтомустанавливает трщтер 23 в единичное состояние. Сигнал (О,в) с инвертированного выхо.да триггера 23 поступает на вход элемента27 И - НЕ и запрещает прохождение черезнего .последовательности счетных импульсов,а также поступает на вход элемента 2 И,закрывает его и запрещает прохождениепоследовательности счетных, импульсов (Ов)в счетчики 9 и 11 целой части, Сигнал спрямого выхода триггера 23 поступает наэлемент 28 И - НЕ, открывает его, разрешаятем самым прохождение через него последовательности счетных импульсов. Первыйимпульс (Ов) на выходе элемента 28 И - НЕзадним фронтом устанавливает триггер 24 всостояние, запрещающее прохождение черезэлемент 28 И - НЕ остальных импульсов после.довательности, а также триггер 3 в единичное состояние (01,), разрешающее разряднакопительного конденсатора 7 через источник5 и формирующий начало интервала длительности 1.Задержанньш на 6 То сигнал с выходаэлемента 15 задержки с временем задержки4 ТС, переключает триггер 3 в исходноеСостояние, запрещая тем самым разряднакопительного конденсатора 7 и заканчиваяформирование интервала длительностью т(0а конденсатор 7 вновь дозаряжается от источника 6 тока 33 заряда. При достижениинапряжения на конденсаторе 7 равного Опкомпаратор 8 устанавливается в исходноесостояние,и сигнал с его выхода (О,в) запрещает прохождение последовательности счетных импульсов через элемент 29 И в счет".чики 10 и 12 дробных частей.Таким образом в вычитающих счетчиках9 и 10 оказывается записанным число, равное разности значений первоначальной установки этих счетчиков 999. и величины времени задержки, обусловленной задержкой сигналов нри прохождении их через элементысхемы измерителя,Процесс калибровки заканчивается подачейзапрещающего сигнала (О,) на элементы 30и 31 И, выработкой блоком 35 управлениясигнала "0" (О, в), устанавливающего всетриггеры измерителя в исходное состояние и,разрешающего перепись кода на вычитающихсчетчиков 9 и 10 целой и дробной частейчерез блоки 33 и 34 в счетчики 11 и 12,результата измерений, тем самым предустаВ навливая их в состояние, устраняющее припоследующем измерении ошибку, обусловленную задержкой сигналов при их прохождении через узлы измерителя. После этогоцифровой измеритель временных интервалов1 О готов к измерению временных интервалов,ограниченных "Старт" (8) и Стоп" (Е)импульсами,В процессе измерения с приходом стартово.го 8 импульса (Й 4) проходящего через1% элемент 13 ИЛИ на блок 17 устранения не.однозначности стартового канала и на единич.ный вход триггера 3 (Ов), последний устанавливается в единичное. состояние,(0),разрешающее разряд (О,) накопительногоЗ 1 конденсатора 7 через источник 5 и формирую.щее начало интервала дли-ельностью т . Придостижении напряжения на конденсаторе, равного Опор, срабатывает компаратор 8, сигналс выхода которого (О,в) дает разрешение2 З на прохождение последовательности счетныхимпульсов через элемент 29 И (Оо) в счетчик 12 дробной части. Сигнал (О,), пришедший в блок 17 устранения неоднозначности, переключает триггер 19 в единичноерй состояние (Ов), разрешающее прохождениепоследовательности счетных импульсов отгенератора 1 через элемент 25 И - НЕ, первый импульс (О ) с выхода которого задним фронтом устанавливает триггер 20 вединичное состояние, Сигнал с инвертированного выхода триггера 20 поступает на входэлемента 25 И - НЕ и запрещает прохождениечерез него последовательности счетных им.пульсов, а сигнал с прямого выхода этого)ФтРиггера (Ов) открывает элемент 2 И, разрешая тем самым прохождение последова.тельности счетных импульсов с его выхода(09) в счетчик 11 целой части результатаизмерений, Элемент 26 И - НЕ, также открытый сигналом с прямого выхода триггера 20,43пропускает первый импульс (О,о), которыйустанавливает защщм фронтом триггер 21в нулевое состояние, запрещающее прохожде.ние через элемент 26 И - НЕ последователь.ности счетных импульсов, а также триггер3 передним фронтом в исходное состояние(О), запрещающее разряд (0,), накопительного конденсатора 7 через источник 5.На этом заканчивается формирование интервала длительностью т и начинается медлено ный дозаряд накопительного конденсатора7 от источника 6 тока 3 заряда.С приходом столового Р импульса (0,),проходящего через элемент 16 ИЛИ и элемент 14 задержки с временем задержки2 , (О), в блок 18 устранения неоднозначности столового канала триггер 22 переключается в единичное состояние (О,),разрешающее прохождение последовательности 5счетных импульсов от генератора 1 черезэлемент 27 И - НЕ, первый импульс (О,7),с выхода которого задним фронтом устанавливает триггер 23 в единичное состояние,Сигнал (О,8) с инвертированного выхода 1 Отриггера 23 поступает на вход элемента 27И - НЕ н запрещает прохождение через негопоследовательности счетных импульсов, атакже поступает на вход элемента 2 И, закрывает его, запрещая тем самым прохожде 15ние последовательности счетных импульсовв счетчик 11 целой части, Сигнал с прямоговыхода триггера 23 поступает на вход элемента 28 И - НЕ и открывает его, Первыйимпульс на выходе элемента 28 И - НЕ (О,) 20задним фронтом устанавливает триггер 24 внулевое состояние, запрещающее прохождение через элемент 28 И - НЕ последовательности счетных импульсов, а также триггер 3в единичное состояние (О), разрешающее 25разряд (О,) накопительного конденсатора 7через источник 5 и формирующее началоинтервала длительностью т .Задержанный на 6 о относительно стопо.вого импульса (Е) сигнал с выхода элемента Зф15 задержки переключает триггер 3 в исходное состояние, запрещая тем самым разряднакопительного конденсатора 7 и заканчиваяформирование интервала длительностью т,а конденсатор 7 вновь медленно дозаряжаетсяот источника 6 тока заряда. При достижениинапряжения на конденсаторе 7 равного Опкомпаратор 8 устанавливается в исходноесостояние и сигнал с его выхода (О,з) запрещает прохождение последовательности 40счетных импульсов через элемент 29 И в счетчик 12 дробной части,На этом процесс измерения заканчивается.Применение новых узлов и связей позволяет повысить точность измерений за счетснижения погрешности, связанной с нелиней.,постыл преобразования масштаба времении вычитания из конечного результата временизадержки, которое возникает при прохождении1 сигналов через узлы измерителя, а также по.высить надежность схемы самого измерителя.Формула изобретения1. Цифровой измеритель временных интер. 55 валов, содержащий генератор счетных импульсов, первый выход которого подключен к первым входам блоков устранения неоднозначности отсчета стартового и столовогоканалов и первого элемента И, второй итретий входы которого соединены с первымивыходами блоков устранения неоднозначностиотсчета соответственно стартового и столовогоканалов, а выход - со счетным входом счет.чика целой части результата измерения, второйвыход генератора счетных импульсов подключен к первому входу второго элемента И,второй вход которого соединен с выходомпреобразователя масштаба времени, а выход -со счетным входом счетчика дробной частирезультата измерения, вход преобразователямасштаба времени соединен с выходом триггера формирования интерполяционных отрезков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности и точностиизмерений, в него введены два элементаИЛИ, два элемента задержки, блок управления, третий и четвертый элементы И, вы.читающие счетчики дробной и целой частейюмеряемого временного интервала, два блока;переписи кода и элемент НЕ, причем шиныстарт- и стоп-импульсов подключены кпервым входам соответственно первого и вто.рого. элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены и подключены к первомувыходу блока управления, второй выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, третий выходблока управления подключен к входам установки нуля всех элементов измерителя, аего вход соединен со вторым выходом ге.нератора счетных импульсов, выход первогоэлемента ИЛИ подключен ко второму выходублока устранения неоднозначности отсчетастолового канала, к первому входу триггераформирования интерполяциониых отрезков,и второму входу блока устранения неодно.значности отсчета стартового канала, выходвторого элемента ИЛИ через последовательносоединенные первый и второй элементы задержки подключен ко второму выходу блокаустранения неоднозначности отсчета стартового канала и ко второму входу триггераформирования интерполяционных отрезков,выход первого элемента задержки соединенсо вторым входом блока устранения неоднозначности отсчета стопового канала, выход вто.рого элемента И подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого соединен со входом вычитающего счетчика дроб.ной части измеряемого временного интервала,выходы разрядов которого через первый блокпереписи кода подключены к информационнымвходам счетчика дробной части результата юмерення, выход последнего разряда которогосоединен со счетным входом счетчика целойчасти результата юмерения и вторым входом11 9666 четвертого элемента И, выход которого подключен к выходу последнего разряда вычитаю- щего счетчика дробной части измеряемого временного интервала и входу вычитающего счетчика целой части измеряемого временного интервала, выходы разрядов которого через второй блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика целой части результата измерения, выход элемента НЕ соединен с управляющими входами бло О ков переписи кода.2, Измеритель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блоки устранения неоднозначности отсчета стартового и столового каналов идентичны и содержат каждьщ три тэ триггера и два элемента И - НЕ, причем прямой выход первого триггера соединен с пер. вым входом первого элемента И - НЕ, прямой выход второго триггера .является первым выходом блока устранения неоднознач. ности отсчета стартового канала и подключен к первому входу второго элемента И - НЕ, вторые входы элементов И - НЕ объединены и "являются первым входом блока, вторым входом которого является вход первого триг. Зя гера, инверсный выход второго триггера яв. ляется первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала и 12подключен к третьему входу первого элемента И - НЕ, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход третьего триггера подключен к третьему входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к счетному входу третьего триггера и является вторым выходом блока.3, Измеритель по п. 1, о т л н ч а ю. щ и й с я тем, что преобразователь масштаба времени содержит источники токов заряда и разряда, наконительньщ конденсатор и компа. ратор, причем выход источника тока заряда соединен с одной иэ обкладок накопительного конденсатора, входом компаратора и первым входом источника тока разряда, второй выход которого является входом преобра зователя, выходом которого является выход компаратора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Патент США Нф 36685 Ж, кл, 6 04 Г 1 О/04,1972.2. ПатентСШЛР 3675127, кл. 6 04 Р 10/04,1972.3. Патент США 84 3983481, кл. 6 04 Г 10/04,1976,966662 Составитель Л, ПлетневаТехред Е.Харитончик Редактор Н. Ки рректор С. Шекмар ец Подписи Тираж 427 И Государственного комитета делам изобретений и открытий Москва, Ж - 35, Раушская наб Заказ 7842 6 НИИП