Устройство для вычисления отношения временных интервалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 110453 9) зю С 06 С 7/16 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН четч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпО делАм изоБРетений и ОтнРытий АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(72) В.Б,Ибрагимов и Р.А.Топельберг (71) Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения АН Азербайджанской ССР(56) 1. Авторское свидетельство, СССР Ф 698006, кл. С 06 С 7/16, 1978.2. Авторское свидетельство СССР Р 922783, кл. С 06 С 7/ 16, 1980.3. Авторское свидетельство СССР У 991440, кл. С 06 С 7/16, 1981 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее элемент ИЛИ и первый элемен И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому входу первого триггера, вторым входом -к выходу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И,а выходом - к счетному входу первого счетчика, соединенного выходами с первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам второго счетчика, а выходом - к входу обнуления второго счегчика, соединенного счетным входом с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, а выходы третьего счетчика являются выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения точности вычислений, в него введены реверсивный счетчик, второй триггер, четвертый и пятый элементы И и дешифратор нуля, подключенный входами к выходам реверсивного счетчика и к выходу второго триггера, а выходом - к второму входу первого триггера и к первому входу второго триггера, соединенного вторым входом с шиной ввода делимого и с первым входом элемента .ИЛИ, а выходом - с первым входом е четвертого элемента И, подключенного вторым входом к прямому выходу первого триггера, а выходом - к пер- С вому входу пятого элемента И и к второму входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с тр етьим входом второС го элемента И, причем пятый элемент И подключен вторым входом к выходуФИВЫ генератора импульсов и к второмуевайвходу третьего элемента И, а выходом - к вычитающему входу реверсивно. 4 Ь го счетчика, соединенного суммирую- (Д щим входом с выходом третьего элемента И, третий вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, а выход блока сравнения кодов соединен со счетным входом третьего1 11 ОЧИзобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может найти применение в информационно-измерительных системах приобработке инФормации, представленнойво время-импульсной Форме.Известно устройство для вычисления отношения временных интервалов,содержащее генератор импульсов, элементы И, ИЛИ и НЕ, одновибратор, 1 Осчетчики и блок сравнения кодов 13,Недостатком устройства являетсянизкая точность, обусловленная ошибками, возникающими при вычисленииотношения временных интервалов, смещенных друг относительно друга повременной оси,Известно также устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее генератор импульсов, элементы И и ИЛИ, одновибраторы,триггер, делитель частоты, счетчикии блок сравнения кодов 1 2.Недостатком данного устройстватакже является пониженная точность 5вычислений из-за ошибок, возникающих при вычислении отношения временных интервалов, частично совпадающихдруг с другом.1 соединенного вторым яхсв 1 ом с ныхацам третьего элемента И, подключенного вторым входом через формирователь импульсов к шине ввода делителя, а третий вход второго элемента И соединен с шиной ввода делимога 31,Недостатком известного устройства является пониженная точность вычислений, обусловленная погрешностью, возникающей в случае, когда больший временной интервал (делимое) опережает меньший временной интервал (делитель). шение точности вычислений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее элемент ИЛИ и первый элемент И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому входу первого триггера, вторым входом - к выходу генератора импульсов и к первому входу второго элементаИ, а выходом - к счетному входу первого счетчика, соединенного выходамис первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второйгруппой входов к выходам второгосчетчика, а выходом - к входу обнуления второго счетчика, соединенного счетным входом с выходом второгоэлемента И, второй вход которогоподключен к прямому выходу первоготриггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, а выходы третьего счетчика являются выходами устройства,введены реверсивный счетчик, второйтриггер, четвертый и пятый элементыИ и дешифратор нуля, подключенныйвходами к выходам реверсивного счетчика и к выходу второго триггера, авыходом - к второму входу первоготриггера и к первому входу второготригГера, соединенного вторым входомс шиной ввода делимого и с первымвходом элемента ИЛИ, а выходом - спервым входом четвертого элемента И,подключенного вторым входом к прямому выходу первого триггера, а выходом - к первому входу пятого элемента И и к второму входу элемента ИЛИ,соединенного выходом с третьим входом второго элемента И, причем пятый элемент И подключен вторым входом генератора импульсов и к второмувходу третьего элемента И, а выхаНаиболее близким к изобретению является устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее элемент ИЛИ и первый элемент И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому вхо ду первого триггера, вторым входомк выходу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, а выходом - к счетному входу первого счетчика, соединенного выходами с 40 первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам второго счетчика, а выходом - к входу обнуления второго счетчика, соединенного счет ным входом с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, 50 выходы третьего счетчика являются выходами устройства, а счетный вход третьего счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, соединенного первым входом с выходам блока сравнения ко-. 55 дов, а вторым входом - с выходом одновибратара, подключенного входом к прямому выходу первого триггера Целью изобретения является повыдом - к вычитающему входу реверсивного счетчика, соединенного суммирующим входом с выходом третьего элемента И, третий вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, а выход блока сравнения кодов соединен со счетным входом третьегосчетчика.На фиг, 1 изображена блок-схемаустройства для вычисления отношения 10временных интервалов; на Фиг. 2 и3 - временные диаграммы его работыпри различном временном положенииинтервалов делимого и делителя относительно друг друга. 15Устройство для вычисления отношения временных интервалов содержитпервый элемент И 1, шину 2 ввода делителя, генератор 3 импульсов, первый счетчик 4, блок 5 сравнения ко- ддов, второй и третий счетчики 6 и 7,второй элемент И 8, первый триггер9, элемент ИЛИ 10, третий элементИ 11, второй триггер 12, шину 13 ввода делимого, четвертый элемент И 14, 25реверсивный счетчик 15, пятый элемент И 16 и дешифратор 17 нуля,Элемент И 1 подключен первым входом к шине 2 ввода делителя и к первому входу триггера 9, вторым входом - к выходу генератора 3 и к первому входу элемента И 8, а выходом - к счетному входу счетчика 4. Выходы счетчика соединены с первой группой входов блока 5 сравнения кодов, под ключенного второй группой входов к выходам счетчика 6, а выходом - к входу обнуления счетчика 6 и к счетному входу счетчика 7, выходы которого являются выходами устройства. 40 Счетчик 6 соединен счетным входом с выходом элемента И 8, подключенного вторым входом к прямому выходу триггера 9, Дешифратор 17 (который может быть выполнен, например, на элемен те ИЛИ-НЕ 18 и элементе И-НЕ 19) соединен входами с вь:ходами реверсивного счетчика 15 и выходом триггера 12, а выходом - с вторым входом триггера 9 и с первым входом триггера 12.50 Триггер 12 подключен вторым входом к шине 13 ввода делимого, первому входу элемента И 11 и к первому вхоу элемента ИЛИ 10, а выходом - к первому входу элемента И-НЕ 19, под ключснного вторым входом к прямому выходу триггера 9, а выходом - к первому входу элемента И 16 и к второму входу элемента ИЛИ 10, соединенного выходом с третьим входом элемента И 8. Элемент И 16 подключен вторым входом к выходу генератора 3 и к второму входу элемента И 11, а выходом - к вычитающему входу счетчика 15, суммирующий вход счетчика 15 соединен с выходом элемента И 11, подключенного третьим входом к инверсному выходу триггера 9.Устройство работает следующим образом.На шину 2 ввода делителя подаетсяимпульс с длительностью соответствующей меньшему временному интервалу Т 1(Фиг. 2 а; 26-1; 2 в - 1; Зс; 36-1;Зь), а на шину 3 ввода делимогоимпульс с длительностью, соответс.твующей большему временному интервалу Т 2 (Фиг. 2 о; 26-2; 2 В; За;ЗЬ -2; ЗВ), причем временное положение одного импульса относительнодругого - произвольно: больший временной интервал Т 2 может опережатьменьший временной интервал Т 1(случай, когда начало одного интервала совпадает с началом другого,(фиг. За) и отставать от него(фиг, 36, в ),Импульсы высокой (образцовой) частоты с выхода генератора 3 проходят через элемент И 1,в течениеменьшего временного интервала Т 1 насчетчик 4 (фиг. 2 а; 26-6; 2 ь;Зб - 6; Зв), содержимое И котороголинейно увеличивается по мере егозаполнения и в момент времени, соответствующий окончанию указанногоинтервала, становится равным Й 4 == Т Е , где 1 О - частота импульсовгенератора 3Это значение кода вдальнейшем сохраняется неизменнымв счетчике 4 в течение всего времениизмерения (фиг. 2 д; 26-10; 2 в;За; 36-10; ЗВ),В а р и а н т 1Больший временной интервал 12 опережает меньшийТ 1 и не совпадает с ним (фиг. 2 а).В исходный момент времени тригге"ры 9 и 12 обнулены и на их прямыхвыходах - потенциал низкого уровня(фиг, Зб; 2 а), а на инверсномвыходе триггера 9 - потенциал высокого уровня (фиг. 2 а), В моментвремени, соответствующий началубольшего временного интервала Т 2, импульсы с выходов генератора 3 через10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 открытый элемент И 11 проходят насуммирующий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2 ъ), содержимое которого линейно увеличивается по мере его заполнения и в момент времени, соответствующий окончанию указанного временного интервала, становится равным М= Т,Г . В этот жемомент времеци триггер 12 (заднимфронтом импульса с длительностью,соответствующей временному интервалу Т 2, (фиг, 2 й), устанавливаетсяв единичное положение, при которомпотенциал на его ныходе изменяетсядо уровня логической "1(фиг, 2 а)и, поступая на перньп вход элемен,та И 14, подготавливает его,В течение временного интервалаТ 1 импульсами генератора 3 черезэлемент И 1 заполняется счетчик 4(фиг, 2 а). В момент времени, соответствующий окончанию указанноговременного интервала, триггер 9(фиг, 2 а) устанавливается в положение "1". При этом открываетсяэлемент И 14 (фиг. 2 а) и высокийпотенциал с его выхода, но-перных,поступает на первый вход элементаИ 16 и разрешает поступление импульсов генератора 3 на вычитающий входреверсивного счетчика 15 (фиг. 2 а),во-вторых, через элемент ИЛИ 10 поступает на третий вход элемента И 8,разрешая поступление импульсов генератора 3 на счетный вход счетчика б.Содержимое Ч счетчика 6 линейноувеличивается (фиг, 2 а) до техпор, пока не станет равным М . Момент равенства фиксируется блоком 5сравнения кодов, импульс с выходакоторого (фиг. 2 а), во-первых,сбрасывает в нуль счетчик б (показано пунктирной линией на фиг. 2 а),во-вторых, заносится в счетчик 7,Это значит, что в больший временнойинтервал Т 2 "уложился" ровно одинвременной интервал Т 1.Содержимое счетчика 6 опять начинает увеличиваться (фиг. 2 а) иувеличивается до тех пор, пока нестанет равным И. Дальнейшая последовательность операций аналогична:срабатывает блок 5, импульс с выходакоторого, указывающий на то, что вбольший временной интервал Т 2 "уложился" второй временной интервал Т 1,сбрасывает счетчик б, заносится всчетчик 7 и т.д. Процесс вычислений заканчивается в момент времени, состнетстнующий обнулению реверсивного счетчика 15 (а это, очевидно, произойдет через время Т 2 с момента начала работь 1 реверсивного счетчика в режиме "вычичтацие и начала заполнения счетчика б), При этом потенциал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18 дешифратора 17 нуля (входы элемента ИЛИ-НЕ подключены к единичным выходам триггеров реверсивного счетчика) скачком изменяется до уровня логической "1" (фиг. 2 а), а потенциал ца выходе элемента И-НЕ 19 этого же дешифратора (входы элемента И-НЕ подключены к прямому выходу триггера 12, на котором имеется высокий потенциал, и к выходу элемента ИЛИ-НЕ, на котором также потенциал только появился) до уровня логического "0" (фиг, 2 а). Перепадом потенциала с выхода элемента И-НЕ 19 устанавливаются в Исходное положение оба триггеры (фиг, 2 а - 3; 2 а; 2 а) и счетчики 4 и 6 (связь элемента И-НЕ с входами обнуления указанных счетчиков на фиг. 1 не показана).Результат вычисления отношения временных интервалов хранится в счетчике 7 и сбрасывается лишь в начале следующего цикла измерения.В а р и а н т 2, Больший временной интервал Т 2 опережает меньший Т 1 и частично совпадает с ним (при этом сначала заканчивается больший временной интервал, а затем меньший (фиг. 2 6) . В исходный момент времени триггеры 9 и 12 обнулены, при этом "0", при котором на их прямых выходах - низкий потенциал (фиг, 25-3; 26-5), а на инверсном ныходе триггера 9 - высокий потенциал (фиг. 25-4). В момент времени, соответствующий началу большего временного интервала Т 2 (фиг. 25-2), импульсы с выхода генератора 3 через открытый элемент 11 проходят на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2 Б), содержимое которого линейно увеличивается по мере его заполнения и в момент нремени, соответствующий окончанию временного интервала, становится равным 1 Ч = Т 21, В этот же момент времени триггер 12 устацавли - нается в положение "1", при котором потенциал на его прямом выходе(фиг. 25-5), поступая на первый вход элемента И 14, подготанлина;.т его.В течение временного интервала Т 1, импульсами генератора 3 через элемент И 1 заполняется счетчик 4 5 (фиг. 2 б). В момент, времени, соответствующий окончанию указанного временного интервала (фиг. 2 б), триггер 9 устанавливается в положение "1", При этом срабатывает эле мент И 14 (Фиг. 26-8) и, открывая элементы И 16 и И 8,разрешает поступление импульсов генератора 3 на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 (Фиг. 2 Ь) и на счетный вход 15 счетчика 6. Содержимое ь 1 ь счетчика 6 линейно увеличивается (Фиг. 20-10) до тех пор, пока не станем равным М. Дальнейшая последовательность операций аналогична рассмотренной для варианта 1: срабатывает блок 5 сравнения кодов, импульс с выхода которого (фиг. 2 Б) сбрасывает в, нуль счетчик 6, заносится в счетчик 7 результата и т.д. Процесс нычисле ний заканчивается н момент времени, соответствующий обнулению реверсивного счетчика и срабатыванию дешифратора нуля (фиг. 26-12; 28-13).В а р и а и т 3. Больший времен- зО ной интервал Т 2 опережает меньший Т 1 и частично совпадает с ним, притом сначала заканчивается меньший временной интервал, а затем больший (фиг. 2 ь) .35В исходный момент времени триггеры 9 и 12 находятся в положении "0", при котором на их прямых выходах - низкий потенциал (фиг. 2 В; 26-5),40 а на инверсном выходе триггера 9 высокий потенциал (фиг. 2 ь), В момент времени, соответствующий началу большего временного интервала Т 2 (фиг. 26-2) импульсы с выходаФ45 генератора 3 через открытый элемент И 11 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 28-7), содержимое которого линейно увеличивается по мере его за 50 полнения, В момент времени, соответствующий окончанию временного интервала 1, триггер 9 устанавливается в положение "1", разрешающий потенциал с входа элемента И 11 снимается и поступление импульсов генератора 3 на реверсивный счетчик прекращается, при этом н укаэанном счетчикефиксируется код Н+= Т о, где Т часть временного интервала Т 2 от егоначала до момента времени, соответствующего окончанию временного интервала Т 1.Разрешающий потенциал с прямоговыхода триггера 9, во-перных, подготавливает элемент И 14, во-вторых,подается на второй вход элементаИ 8, а так как на третьем входе этого элемента уже есть разрешающийпотенциал (снимаетгя с шины 13 устройства и подается через элементИЛИ 10, фиг. 2 в-З), он открываетсяи пропускает импульсы генератора 3на счетный вход счетчика 6, Содержимое Мь счетчика 6 линейно увеличивается (Фиг, 2- 10) до тех пор, покане станет равным М (ФормированиеФ1 ч 4 в счетчике 4 к этому моменту времени уже закончилось, фиг, 26-6),Момент равенства фиксируется блоком5, импульс с выхода которого(фиг. 2 В) сбрасывает счетчик 6,заносится в счетчик 7 и т.д.В момент времени, соответствующийокончанию временного интервала Т 2,триггер 12 устанавливается н положение "1" и вызывает срабатывание элемента И 11 (фиг. 2 ь) . Разрешающийпотенциал с ныхода элемента И 14,во-.перных, открывает элемент И 16,хранящегося в реверсивном счетчике15, импульсами генератора 3,(фиг.2 Ь 9) и, но-вторых, поддерживает откры-,тым элемент И 8.Процесс вычислений заканчиваетсяв момент времени, соответствующийобнулению реверсивного счетчика исрабатыванию дешифратора 17 нуля(фиг. 2 в; 2 ь). Это произойдет,очевидно, через время Т (с моментасрабатывания элемента И 14) или через время Т 2 (если считать с моментасрабатывания элемента И 8).В а р и а н т 4, Начало большеговременного интервала Т 2 совпадает сначалом меньшего (фиг. Зо).Работа устройства в данном случаепротекает в последовательности,рассмотренной для варианта 3, приэтом Т 1 = Т 1.В а р и а н т 5. Меньший временной интервал Т 1 опережает большийТ 2 и частично совпадает с ним(фиг, 3 Ь),В исходный момент времени триггеры 9 и 12 обнулены. В момент време,ни, соответствующий началу временно 104537го интервала Т 1 (фиг, 3-1), импу;:ьсы с выхода генераторачерез элеме 1 т И 1 цач 1 п 1 ают поступать ца счетчик 4 (фиг. 36-6) Р мо": цт времени,соответствуя;щий цачалу времеццого 5интервала Т 2 (фцг, ЗБ), открывается элемент И 11 и импульсы генератора 3 цачпцают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 15(фиг. Зо), содержимое которого 1 Оувеличивается до момента времени, соответствующего окончанию временногоинтервала Т 1 и срабатыванию триггера 9 (Фиг. 38-3; ЗГ), При этом вреверсивном счетчике Формируется 15код ы= Т 1, а в счетчике 4 - НКроме того, в момент времени, со-.ответствующий окончанию временногоинтервала Т 1, открывается элементИ 8 и начинается заполнение счетчика 6 импульсами генератора 3(фиг. 35-10). Содержимое М счетчикаб линейно увеличивается до тех пор,Ф Фпока це станет равным Н,1 . Моментравенства фиксируется блоком 5, импульс с выхода которого (фиг,ЗЕ)сбрасывает счетчик 6, заносится всчетчик 7 и т,д.В момент времени, соответствующий окончанию временного интервала ;0Т 2, триггер 12 устанавливается в положение "1" и вызывает срабатываниеэлемента И 11 (фиг. 36-8), Разрешающий потенциал с выхода элемента И 14,во-первых, открывает элемент И 14и элемент И 16 и, во-вторьх, поддерживает открытым элемент И 8,Процесс вычислений заканчиваетсяв момент времени, соответствующийобнулецию реверсивного счетчика и сра-,10батывацию дешифратора нуля (Фиг, 3612; 38-13). Это пройдет, очевидно,через время Т (с момента срабатываэлемсцта И 14) или черезТ 2 (с момента срабатывания элемента И 8),Б а р и а и т 6. Меньший временной интервал Т 1 опережает больший Т 2и не совпадает с ним (фиг. За),В исходный момецт времени триггеры 9 и 12 обнулены. В течение времени Т 1 (фиг, 3 3-1,) импульс с выхода генератора 3, как ц прежлс, заполняет счетчик 4 через лемецт И 1 (фиг. 36-6). В момент врем ни, соотвезствующий окончанию времеццоГ ) иц - тервала Т 1, устанавливается в полов жение "1" триггер 9 (фиг; Зв;Зв), а в момент времени, соответствующий началу временного интервала Т 2 (фиг, 30-2), открывается элемент И Я, пропуская импульсы генератора 3 ца счетный вход счетчика 6. Содержимоесчетчика 6 линейно увеличивается до тех пор, пока не станет равным М(Фиг. Зь), Момент равенства фиксируется блоком 5, импульс с выхода которого (фиг, ЗЬ - 11) сбрасывает счетчик 6, заносится в советчик 7 результата и т.д.Особенностью этого варианта является то, что реверсивцый счетчик 15 участия в работе устройства ф;и;тически не принимает (фиг, Зь, Зв),В момент времени, соответствующий окончанию временного интервала Т 2, устанавливается в положение "1" триггер 12 (фиг. Зь -5), срабатывает элемент И-г 1 Е 19 дешифратора 17 нуля и перепадом потенциала с его выхода (Фиг, Зь) возвращаются в исходное положение оба триггера и счетчики 4 и 6, Учитывая кратковременное появление на выходе элемента И 14 разрешающего потенциала (фиг, 36-8), нельзя исключить вероятность того, что один из импульсов генератора 3 "проскочит" через элемент И 16 на вход Вычитание реверсивного счетчиц 11ка. Поэтому последний сбрасываетсяв нуль в начале следующего цикла измерения (одцовремецно со счетчиком Таким образом, и в этом варианте устройство обеспечивает работу счетчика 8 в течение времени Т 2 и выдачу результата. соответствующего искомому отношению временных интервалов, т,е, предлагаемое устройство по сравнению с известным не имеет ошибок, возникающих в случае, когда больший интервал опережает меньший интервал времени.