Многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код

Многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22} Заявлено 30.07.79(21) 280816 1/18-2 1 с присоединением заявки JO (23) Приоритет

Опубликовано 15. 08.81. Бнмлетеиь .% 30 (5()М. Кл.

Н 03 К 13/20

6 04 F 10/04

Гааудерстввиный комитет

СССР йо девая изобретений и открытий 53} УДК 681. . 325 (088,8) Дата опубликования описания 15.08.81 (72) Авторы изобретения

B. В. Марченков и Ю. В. Тубольцев (71) Заявитель Ленинградский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (54 ) МНОГОСТОПОВЫ Й ПРЕОБРА ЗОВА ТЕЛЬ

ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, в частности к временным спектрометрам, и может быть грименено в нейтронных спектрометрах, использующих вр емя-пропетную методику.

Известен многостоповый преобразова5 тель временных интервалов в щ@ровой код последовательного действия, содержаший счетчик времени, генератор тактовых импульсов, погику управления и запоминающее устройство Pl).

Недостаток такого преобразователяналичие мертвого времени, когда точность измерений соизмерима с быстродействием элементной базы, что приводит к искажению временного спектра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является много стоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код параллельного действия, содержащий четыре счетчика, генератор тактовых импульсов, таймер, сдвиговый регистр, выполненный на четырех триггерах и четыре логических элемента И с двумя входами. Вход таймера соединен со входом установки в единичное состояние сдвигового регистра. Первые входы логических элементов H. объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых . импульсов, вторые входы логических элементов И соединены с соответствуюшими выходами сдвигового регистра, а выходы логических элементов И подключены к соответствукнпим входам счетчиков.

Момент начала формирования временных интервалов опр едепяется сигналом Старт", который поступает одновременно на все триггеры сдвигового регист ра. Окончание интервала, формируемого первым триггером, соответствует моменту поступления первого стопового сигнала, окончание интервала, формируемого вторым триггербм, — второму стоповому сигналу и т. д. 2 .

Недостаток этого преобразователя— погрешность измерений различна дпя каждого временного интервала и зависит

85599

10!

25

35

45

55,пз только оТ вероятностного распределеL ния стоповых сигналов, но и от распределения задержки в каналах формирования и распределения временных интервалов.

Пель изобретения — повышение точности преобразования путем увеличения числа каналов формирования и распределения временных интервалов и статистического усреднения задержек в них при случайном распределении и ограниченном числе стоповых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код, содержащий и счетчиков, сдвиговый регистр, и логических элементов И, генератор тактовых импульсов и таймер, и выходов сдвигового регистра соединены с первыми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которых объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительно введены (и + 1) входовых мажоритарных элементов, распределитель, (н — 1) сдвиговый регистр, (1п — 1) н логических элементов И и птп входовых логических элементов ИЛИ, причем выход таймера соединен с синхрониэируюшим входом распределителя, каждые П выходов которого соединены соответственно с и входами соответствующего мажоритарного элемента и информационными входами соответствующего сдвигового регистра, управляющие входы мажоритарных элементов объединены между собой и соедийены со входом таймера и первым входом преобразователя, выходы мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояние соответствующих сдвиговых регистров, синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединены со вторым входом преобразователя, каждые и выходов дополнительных сдвиговых регистров соединены соответственно с первыми входами дополнительных логических элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, 1 -ые выходы всех элементов И через 1 -ый логический элемент ИЛИ соединены с синхрониэирующим входом 1 -го счетчика.

На фиг. 1 представлен многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код на фиг. 2 - прафики, иллюстрирующие процесс получения усредненного результата измерения одного временного интервала; на фиг.3

6 4 с хема кольцевого сдвигового регистра с и информационными входами.

Преобразователь состоит из таймера

1, распределителя 2 с vn-n выходами, . генератора 3 тактовых импульсов, m мажоритарных элементов 4„ совпаде.. ний на два с (и+ 1) входами сдвиговых регистров 5,п с и выходами, каждый из которых имеет п информационных входов и выполнен по кольцевой схеме, rn.п логических элементов 6. уп

И с двумя входами, п логических эле:ментов 74 и ИЛИ с rn входами. и п счетчиков 8 q-n . Выход таймера 1 соединен с сипхрониэирующим входом р аспределителя 2, первые и выходов которого соединены соответственно с и . входами первого мажоритарного элемента

4 совпадений и инФормационными входами первого сдвигового регистра 5, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом данного мажоритарного элемента, первые выходы и логических элементов И 6 через п логических элементов ИЛИ 7< > соединены соответственно с синхрониэируюппь и входами счетчиков 8„,.п, вторые и выходов распределителя 2 соединены соответственно с и входами второго сдвигового регистра 5„вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом данного мажоритарного элемента, - и выходов второго сдвигового регистра 5 g соединены соответственно с первыми входами вторых и логических элементов И 60, выход каждого из которых через и соответствующих логических элементов ИЛИ 7„соединены с синхрониэирующими входами соответствующих счетчиков B„n и т. д, до m-ых г1 выходов распределителя 2

Управляющие входы мажоритарных эле ментов 2 п1 объединены между собой и соединены с входом таймера 1 и входом

Старт" преобразователя, синхронизирующие входы сдвиговых регистров 5 объединены между собой и .соединены со входом "Стоп" преобразователя, вторые входы логических элементов И 6 1 объединены между собой и соединены с выходом генератора 3 тактовых импульсовв.

Кольцевой сдвиговый регистр состоит из и триггеров 9 и и логических элементов 1Î ИЛИ, причем синхронизирующие входы и входы установки в нулевое состояние всех триггеров соответственно объединены между собой, выход каждого предыдущего триггера соеди855 « нен с одним из входов элемента 10 ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом,поспедуюшего триггер а.

Преобр азов атепь работает следующим образом.

В исходном.состоянии на одном из

«т - выходов распределитепя 2, например, на одном из первых выходов, имеется логический О, поступающий на один из и входов первого мажоритарного элемента 4 и на один из и информационных входов первого сдв игового регистра 5 . По сигнапу

Старт с выхода мажоритарного эпемента 4„происходит .установка всех и триггеров сдвигового регистра 5- в единичное состояние и запуск тайме ра 1, опредепяющего время цикпа работы преобразователя. При установке триггеров первого сдвигового регистра 5 в единичное состояние импульсы тако†вого генератора 3 через первые и элементов 6 совпадений и все элементы

ИЛИ 7+„,поступают на синхронизирующие входы всех счетчиков 8,1 > . По первому сигналу "Стоп" происходит сброс в нулевое состояние триггера первого сдвигзвого регистра 5„, íà информационном входе которого был логический

"О, поступающий с одного иэ первых выходов распредепителя 2. При этом синхронизирующий вход одного из и счетчиков 8 закрывается и счет импульсов с тактового генератора 3 данным счет чиком прекращается. Одновременно с этим триггер первого сдвигового регистра 5., установленный в нулевое состояние первым cTotloBbIM сигналом, вырабатывает разрешение для следующего триггера, установка в нулевое состояние которого происходит по второму сигналу "Стоп".

Таким образом, еспи в исходном состоянии логический "О" с первых из q выходов распределителя 2 поступает на информационный вход первого триггера первого сдвигового регистра 5„, то при поступлении н стоповых сигналов все триггеры первого сдвигового регистра 5 устанавливаются в нулевое состояние и на всех счетчиках Р „ прекращается счет.

При окончании работы таймера 1 происходит сдвиг на единицу логического О на выходе распредепитепя 2. По второму сигналу Старт процесс работы повторяется, отличаясь только тем,что теперь первый временной интервал формируется следующим триггером первого роятностью Я, . Я,„, когда цикл изме1 рения начат с триггера при отсутствии первого стопового сигнала, либо с веро50 ятностью Q ° g, когда цикл измерения начат с (к-1)-го триггера при первом стоповом сигнале . Тогда, гЪ

1 + 3 L с вероятностью

% Я. Я = a

Третий временной интервал будет сформирован триггером с вероятностью < когда цикл измерения начат с триггера. при отсутствии первого и второго

45 сдвигового регистра и измерен соответственно следующим счетчиком по отно шению к триггеру и счетчику, которыми был сформирован и измерен временной интервал в первом цикле измерениял. Последний п -ый триггер первого сдвигового регистра в этом спучае при установке . в нулевое состояние по (n — 1)-му стоповому сигналу вырабатывает разрешение для первого триггера, установка в нупевое состояние которого происходит по и — му стоповому сигнапу

П ри поступлении (tl + 1 ) сигнала

"Старт" с выхода второго мажоритарного элемента совпадений 2 происходит установка в единичное состояние второго сдвигового регистра 5 . При этом дпя всех следующих и сигналов " Старт" формирование и распределение времен» ных пнторвапов осуществляется триггерами второго сдвигового регистра 5 и т.. д.

Покажем на примере работы одного сдвигового регистра, что вероятность формирования любого временного интервала каждым триггером данного сдвигового регистра не зависит в этом случае от вероятностного распределения стоповых сигналов.

Пусть вероятность появления первого стопового сигнала Я, второго

c третьего —,, ... л — ro — g

Причем « 1 1 «1,, ) $g 1- lj. ...« „== 1 — „, 11оскопьку вероятность формирования первого временного интервала не зави сит от вероятностного распределения других стоповых сигналов, то при копьцевой выборке распределителем триггеров сдвигового регистра первый временной интервал формируется каждым триггером с вероятностью Q<, т.е. для каждого триггера будет справедливо

55 ь х с вероятностью Я„

Второй временной интервал будет сформирован каждым триггером с вестоповых сигналов; с вероятностью

Q O „с + Я q, Я„, когда цикл измерения начат с (к- 1)-го триггера при отсутствии первого и второго стоповых сигналов либо с вероятностью с),„с, когда цикл измерения начат с (к-2)-ro триггера при первом и втором стоповых сигнал ах.

Тогда kg+ 5ñ с вероятностью

% Я 9 + 4 Ч-Яа+Ч З ЪД,+ 1ч 11% =- ЧЗ

Аналогичным образом можно получить, что вероятности формирования временных интервалов +4, ... каждым триггером будут равны соответственно ! 4 » ° » п °

Таким образом, при кольцевой выборке распределителем триггеров сдвигового регистра вероятность формирования каждым триГГером данноГо сдвиговОГО ре» гистра не зависит от вероятностного распределения стоповых сигналов.

Поскольку . каждый временной ин тервал формируется всеми триггерами данного сдвигового регистра, то при случайном распределении задержки в каналах формирования и распределения стоповых сигналов, результат измерения каждого временного интервала будет иметь также случайное распределение, обусловленное распределением задержки.

При ограниченном числе стоповых сигналов в предлагаемом преобразователе эффект статистического усреднения достигается тем, что в нем число каналов формирования и распределения временных интервалов равно произведению щ и

Таким образом, предлагаемый многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код облвдает перед известным преобразователем рядом преимуществ: в нем исключена завис мость вероятности формирования любого временного интервала каждым триггером сдвигового регистра и реализовано статистическое усреднение задержек в каналах формирования и распределения временных интервалов при ограниченном числе стоповых сигналов, что уменьшает искажение исследуемого временного спект— ра

Формул а изобр етения

Многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код, содер5М6 & жащий и ссччееттччииккоовв, сдвиговый регистр, логических элементов И, генератор тактовых импульсов и таймер, л выходов сдвигoBoFo регистра соединены с пер выми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которых объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с це1О лью повыш ения точ ности преобр азова ния в него дополнительно введены m (и <-1) входовых мажоритарных элементов, распределитель, (rn-Õ) сдвиговый регистр, (rn-1)

6 логических элементов И и rt гп входовых логических элементов ИЛИ, причем выход таймера соединен с синхронизирующИм входом распределителя, каждые р выходов которого соединены соответственно с п входами соответствующего мажоритарного элемента и информационными входами соответствующего сдвигового регистра, управляющие входы мажоритар- . ных элементов объединены между собой и соединены со входом таймера и первым входом преобразователя, выходы мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояние соответствующих сдвиговых регистров, синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединены со вторым входом преобразователя, каждые выходов дополнительных сдвиговых регистров соединены соответственно с первыми входами дополнительных логических элементов И, вторые входы кото35 рых объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, i -ые выходы всех элементов И через j -ый логический элемент ИЛИ соединены c . .синхронизирующим входом 1 -ro счетчи40 ка, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Lomb СЪаппе1 Т п е Апс йу е М

УДГ4ЦЫЕ Ctpnne2 ид=П Я5З, Sb Ф 4, 11 61-1164, 1965

2. Многостоповый конвертер с непосредственным преобразованием времени в код. hued.3 )81гvm . anal т91И.

140 ¹ 2, 283-287., 1977.

855996

ЧИСЛО

ОТСЧ В70В

РЕрЬЬ Й КАЙМА

ФОРМИР© 5>HHQ

8РЕы Еи ЙОГО

ИНТЕРЬАМ

ЯТОРОД KAHAAТ

ТР9ТИЙ KAHAh1

М(Т8ЯРТЫЙ @AHA@

0%Ть4 кАнм

ШЕСТОЙ КАНМ

ФИГ. 2. ЩРЕД(фМЙЫИ

ИЗМЕРЕНИР

ОДйСГО ф М ИНОГО HHTKPSAAA.