Измеритель временных интервалов

Измеритель временных интервалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ , содержащий генератор тактовой последовательности, первый выход которого подключен к первому входу синхронизатора, старт-стоповый триггер , первый вход которого подключен к шине.,старт-импульсов, входной триггер , первый блок -разрешения, два пёресчетных блока, первый формирователь импульсов, преобразователь время - сьмплитуда, выход которого через усилитель подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений , в него введены второй блок разрешения , элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов, два коммутатора, блок сложения - вычитания и блок формирования команд, причем второй выход генератора тактовой последовательности подключен к входам первого блока разрешения и второго формирователя импульсов , управляющий вход ко ворого соединен с выходом элемента ИЛИ, первым Входе первого формирователя импульсов и управляющим входом третьпиттт- f-.1 MSJiilMKT.i I i a54rfftiTX4 ibHtBfeM i-jf:-i-, , его формирователя импул,ьсов, вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовой последовательности и входу второго блока разрешения , управляющий-вход которого соединен с вторым входом синхронизатора , управляющим входом первого блока разрешения и выходом стартстопового триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, входу преобразователя время - амплитуда и второму входу аналого-цифрового преобразователя , выход которого соединен с первым входом блока формирования команд, а информационные выходы подключены к первой группе входов блока сложения - вычитания, вторая .«Л группа входов которого соединена с выходами первого коммутатора, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами разрядов первого и второго пересчетного блоков соответственно, установочные входы которых объединены и подключены к шине старт-импульсов, первому ВХОДУ элемента ИЛИ, первому входу входного триггера и установочному со со о входу блока формирования команд, выходы которого подключены к третьей группе входов блока,сложения - вычитания , второй вход блока формиро 4 вания команд, соединен с шиной стопимпульсов , вторым входом элемента ИЛИ I riJt.Il , и вторым входом входного триггера -I выход которого подключен к запре1Гге-1 , щающему входу старт-стопового тригге Р- |. ра, выходы второго и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к первому и торому входам второго коммутатора,.третий вход которого соединен с входом первого коммутатора и выходом синхронизатора , выход второго коммутатора подключен к второму входу первого формирователя импульсов, выходы пер

СОЮЗ СоаЕТСНИХ социюистичесних

РЕСПУБЛИК,,5ц с 04 F 1о/о4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

АО делдм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3371597/18-21 (22) 24.12.81 (46) 23.04,83. Бюл. Р 15 (72) Л.Н.Казаков и A....Н.Кренев (71) Ярославский государственный университет (53) 681.325.3 (088.8) (56) 1. Басиладзе С.Г., Тлачала А.В.

Шестиканальный преобразователь временных интервалов наносекундного диапазона в цифровой код в стандарте "KAMAK".-"Ïðèáîðû и техника эксперимента", 1975, Р 5.

2. Аульченко В.М. Широкодиапазонный время-цифровой преобразователь с высоким разрешением.-"Приборы и техника эксперимента", 1977, Р 1. (54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕИЕННЬ Х ИНТЕРВАЛОВ, содержащий генератор тактовой последовательности, первый выход которого подключен к первому входу синхронизатора, старт-стоповый триггер, первый вход которого подключен к шине..старт-импульсов, входной триггер, первый блок разрешения, два пересчетных блока, первый формирователь импульсов, преобразователь время — амплитуда, выход которого через усилит ль подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, о т -л и ч а ю шийся ".åM, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй блок разрешения, элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов, два коммутатора, блок сложения — вычитания и блок формирования команд, причем в:îðîé выход генератора тактовой последовательности подключен к входам первого блока разрешения и второго . формирователя импульсов, управляющий вход ко>орого соединен с выходом элемента ИЛИ, первым входом первого формирователя импульсов и управляющим входом треть„„я(.)„„1013904 A его Формирователя импульсов вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовой последовательности и входу второго блока разрешения, управляющий вход которого соединен с вторым входом синхронизатора, управляющим входом первого блока разрешения и выходом стартстопового триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, входу преобразователя время — амплитуда и второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока формирования команд, а информационные выходы подключены к первой группе входов блока сложения — вычитания, вторая группа входов которого соединена с выходами первого коммутатора, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами разрядов первого и второго пересчетного блоков соответственно, установочные ф входы которых объединены и подключены к шине старт-импульсов, первому

-входу элемента ИЛИ, первому входу .М входного триггера и установочному входу блока формирования команд, выходы которого подключены к третьей группе входов блока сложения - вычитания, второй вход блока формирования команд, соединен с шиной стоп- Iagah импульсов, вторым входом элемента ИЛИ, и вторым входом входного триггера, выход которого подключен к запрещающему:входу старт-стопового тригге ра, выходы второго и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к первому и "торому входам второго коммутатора,.третий вход которого соединен с входом первого коммутатора и выходом сиихронизатора, выход второго коммутатора подключен к второму входу первого формирователя импульсов, выходы пер1013904

40 вого и второго блоков разрешения соединены с счетными входами соотИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения временных интервалов быстропротекающих и быстроповторяющихся процессов, а также в системах автоматического регулирования. . Известно устройство, позволяющее измерять с высокой точностью временменные интервалы, содержащее старто- tp вый триггер, генератор тактов<ф частоты, временной экспандер,дискриминатор, схему разрешения, пересчетное устройство и схему переполнения Г1) °

Однако известное устройство об, ладает низким быстродействием преобразования временного интервала между импульсами старт и стоп в цифровой код и "низкой точностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является время-цифровс:й преобразователь, в котором используется преобразование вида время - амплитуда — код, 25 содержащий соединенные последовательно генератор тактовой частоты, синхронизатор, два преобразователя время. — цифра и электронную вычислительную машину. Каждый из преоб разователей, имеющих один общий вход, соединенный с выходом синхронизатора, а на другой вход которых поступают соответственно сигналы "Стоп 1" и "Стоп 2", соответствующие началу и концу измеряемого временного интервала, состоит иэ синхронизатора, к одному иэ выходов которого подключены соединенные последовательно схема запрета и первая пересчетная схема, которая осуществляет .счет целого количества импульсов тактовой частоты, соответствующего измеряемому интервалу, а к второму выхо ду подключены соединенные последо. вательно время-амплитудный преобра— эователь, усилитель, аналого-цифровой преобразователь,.вторая пересчет-, ная схема, в которую записывается число, пропорциональное величине временной добавки измеряемого интер-. 50 вала, не учтенной в первой пересчетной схеме f2).

Однако известное устройство измерения временных интервалов не позволяет точно измерять временные ха-, рактЕристики быстроповторяющихся ветственно первого и второго пересчетных блоков. процессов, а реализация его является сложной технической задачей.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий генератор тактовой последовательности, первый выход которого подключен к первому входу .синхронизатора, старт-стоповый триггер, первый вход которого подключен к шине старт-импульсов, входной триггер, перый блок разрешения, два пересчетных блока, первый формирователь импульсов, преобразователь время - амплитуда, выход которого через усилитель подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, введены второй блок разрешения, элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов, два коммутатора, блок сложения — вычитания и блок формирования команд, причем второй выход генератора тактовой последовательности подключен к входам первого блока разрешения и второго формирователя импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первым входом первого формирователя импульсов и управляющим входом третьего формирователя импульсов, вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовой последовательности и входу второго блока разрешения, управляющий вход которого соединен с вторым входом синхронизатора, управляющим входом первого блока разрешения.и выходом старт-стопового триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, входу преобразователя время — амплитуда и второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока формирования команд, а информационные выходы подключены к первой группе входов блока сложения — вычитания, вторая группа входов которого соединена с выходами первого коммутатора, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами разрядов первого и второго пересчетного блоков соответственно, установочные входы которых объединены и подключены к шине старт-импульсов, первому входу эле-1013904 мента ИЛИ, первому входу входного триггера и установочному входу блока формирования команд, выходы Которого подключены к. третьей группе .входов блока сложения . — вычитания второй вход блока формирования команд соединен с шиной стоп-импульсов, вторым входом элемента ИЛИ и вторым входом входного триггера, выход которого подключен к запрещающему входу старт-стопового триггера, выходы вто- 40 рого и третьего формирователей импульсов йодключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, третий вход которого соединен с входом первого коммутатора и выходом синхронизатора, выход второго коммутатора подключен к второму входу первого формирователя импульсов, выходы первого и второго блоков разрешения соединены с счет-. ными входами соответственно первого 20 и второго пересчетных блоков.

На чертеже приведена блок-схема . измерителя временных интервалов.

Измеритель содержит старт-стоповый триггер 1, первый формирователь 25

2 импульсов, первый 3 и второй 4 блоки разрешения, генератор 5 тактовой последовательности, первый б и второй 7.пересчетные блоки, первый коммутатор 8, блок 9 сложения — вы- 30 читания, элемент 10 HJIH, второй 11 и третий 12 формирователи импульсов, второй: коммутатор .13, преобразователь 14 время — амплитуда, усили= тель 15, аналого-цифровой преобра- З5 зователь 16, блок 17 формирования команд, синхронизатор 18 и входной триггер 19.

Общий принцип работы измерителя .состоит в измерении измеряемого интервала с точностью до периода импульсов тактовой частоты путем подачи на вход пересчетных блоков этих импульсов и в дополнительном измерении временных отрезков между импульсом "старт" и вторым сосчитан- 45 ным импульсом тактовой частоты, а также импульсом "Стоп" H вторым сосчитанным импульсом тактовой частоты.

При этом, для изменения используются два йезависимых канала, на входы 50 которых подаются сдвинутые на половину периода одна относительно другой тактовые последовательности. При последующем выборе одного из каналов это позволяет полностью исключить 55 неопределенность в результате изме- рения, возникающую при совпадении счетного фронта импульсов тактовой частоты и стартового импульса. Временной интервал tä определяется фор- 60 мулой =И Т +Т -Т "Т = (й-1 )Т0 + Т -Т2 где Т,Т - длительности первого и второго импульсов на выходе формирователя 2; 65

Т вЂ” период тактовой последов атель н9сти у

N — код пересчетного блока б.

Если стартовый импульс попадает на фронт последовательностей, поступающих на синхронизатор, он случайным образом выберет .канал, но в этом случае оба канала будут достаточно далеки от сбойных ситуаций.

Устройство работает следующим образом.

Поступающий на измеритель импульс "Старт" перебрасывает в единйчное состояние триггеры 1 и 19 а также через элемент 10 ИЛИ осуществляет запуск формирователя 2 ° Также этим импульсом обнуляются блоки 6, 7 и 17. Высокий уровень с выхода. триггера 1 дает разрешение на блок

3 и 4, а на вход блоков б и 7 начнут поступать импульсы с выходов генератора 5. Импульс "Старт"через элемент 10 ИЛИ разрешит также работу формирователей 11 и 12, на другие входы которых поступают те же (соответственно) последовательности, что и через блоки 3 и 4 на входы пересчетных- блоков 6 и 7. При этом, на выходе. формирователей 11 и 12 сформируются импульсы, которые будут соответствовать второму после импульса "Старт" счетному фронту поступающих на их входы тактовых импульсов.. Пересчетный блок 7 может как сосчитать импульс с совпадающим счетным фронтом, так и не -сосчитать, т.е. в конечном результате появится неопределенность, избавиться от ко- торой позволяет синхронизатор 13,. на входы которого вместе с высоким уровнем с выхода триггера 1 поступает тактовая последовательность с генератора 5. Если положительный фронт импульса с выхода триггера 1 совпадает с высоким уровнем последовательности, поступающей на вход синхронизатора, синхронизатор 18 принимает решение, что наиболее далек от ситуации неопределенности канал, в который входят блок б и формирователь 11, и подает, на. входы коммутаторов 8 и 13 высокий . уровень, что соответствует тому, что на выходы коммутаторов 8 и 13 подключаются выходы соответственно блока б и формирователя 11. Если бы положительный фронт импульса с выхо» да триггера 1 совпал с низким уровнем последовательности, поступающей на вход синхронизатора 18, синхронизатор принял бы противоположное решение и к выходам коммутаторов 8 и

13 были бы подключены выходы пересчетного блока 7 и формирователя 12

Если положительный фронт импульса с выхода триггера 1 попадает на фронт последовательности, поступающей на вход синхронизатора 18, уро««

1013904 вень на выходе синхронизатора 18 мо жет быть как низким так и высоким, соответственно коммутаторы 8 и 13 могут находиться в любом из двух состояний, но в этом случае оба канала будут далеки от неопределенных ,состояний. Отрицательным фронтом импульса с выхода коммутатора 13 формирователь 2 устанавливает на входе

° низкий уровень. Таким образом, на его выходе сформировался импульс, длительность которого определяется б импульсом "Старт" и вторым счетным импульсом тактовой последовательности, для которой исключена неопределенность. С выхода формирователя 2 импульс поступает на йреобразователь 14 время — амплитуда, на выходе которого появится уровень, соответствующий длительности входного импульса. Этот уровень усиливается Я усилителем 15 и поступает на аналогоцифровой преобразователь 16, который преобразует его в двоичный код. Код в дальнейшем поступает в блок 9 сложения — вычитания и там запоминает- 25 ся.

В дальнейшем импульс "Стоп" через элемент 10 ИЛИ снова осуществляет запуск формирователя 2, а также разрешает работу формирователей 11 yg и 1?. Синхронизатор-18 по импульсу

"Стоп" не работает, поэтому измеритель продолжает работать по ранее выбранной тактовой последовательности. Снова отрицательнЫм фронтом импул c . выхода формирователя 11 через ксммутатср 13 сбрасывает форм ".рователем 2, и пульс с выхода которого в свою очередь своим отрицательны..> фронтом сбрасывает триггер 1, та; как импе.|ьс " C.=он" сбросит триг- 40 гер "9, который снимает запрет с. триггера 1,низкий ур ве Q выхода

1 э апрещает даль нейш:-.е прохождение тактовых импульсов через блоки 3 и

4 на входы пересчетных блоков 6 45

7. Их сче; рекращается. Импульс выхода фор- лрователя 2 поступает преобразователь 14, где "его длильность преобразуется снова в уронь, который далее усиливается и 5Q еобра:.óåòcÿ в преобразователе 16 двоичный код, который s дальнейзм снова поступает в блок 9 сложения — вычитания, где над ним производятся соответствующие математи- 55 ческие операции. Для импульса "Стоп" ситуации неопределенности быть не может, так как пересчетные блоки 6 и 7 продолжают счет независимо от прихода импульса "Стоп". Неопределенность може". возникнуть только двух случаях, т.е, возможны два

I варианта формирования импульсов на выходах формирователей 11 и 12, при которых отрицательные фронты сформированных импульсов будут отстоять друг от друга на период тактовой частоты. В любом случае именно отрицательным фронтрм этих импульсов определяется остановка счета блоков 6 и 7, поэтому оба варианта учитываются пересчетными б локами 6 и 7.

Елок 17 формирования команд работает следующим образом.

После того, как в аналого-цифровом преобразователе 16 заканчивается процесс преобразования, на одном иэ его выходов появляется импульс записи,который поступает на вход блока 17., По его приходу на выходе блока 17 формируется команда соответствующая запоминанию информации, поступающей на вход блока 9 с выхода преобразователя 16. По приходу на один иэ выходов блока 17 импульса "Стоп" на его выходе формируется команда на сложение кодовой комбинации, поступающей с выхода коммутатора 8 и ранее хранимой.

Наконец, по приходу второго импульса записи с выхода преобразователя

16, на выходе блока 17 формируется команда на вычитание из результата, который находился в блоке 9 до этого, двоичной комбинации, поступающей на блок 9 с выхода преобразователя

16. Окончательный результат следующий:

1 2 3) где И . — двоичный код пересчетного

1 блока; й, „й — первая и вторая соответственно двоичные кодовые комбинации на выходе преЛ образователя 16, 2 — число, которым кодируется

B преобразователе 16 временной интервал, равный периоду тактовой частоты

К вЂ” коэффициент преобразования, который определяется при калибровке измерителя.

Калибровка аналогична описанной в известном устройстве. Таким образом, получается число Ч, пропорциональное измеряемому интервалу между импульсами "Старт " и "Стоп".

Предлагаемый измеритель позволяет повысить точность измерения временных интервалов, он технологичен, большинство узлов может быть выполнено полностью по интегральной технологии в ьиде БАС,, к:егко сопрягаетсН с 3, 1013904

Составитель П.Плетнева

Редактор Н.Джуган Техред Ж.Кастелевич Корректор H.шулла

Заказ 3014/55 Тираж 409 П одп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4