Счетчик-таймер
Иллюстрации
Реферат
(72) Авторы иэобретеиия
В, В. Виноградов и В. Е. Панкин
Г (7l ) Заявитель (54) СЧЕТЧИК-ТАЙМЕР
Изобретение относится к импульсной технике и автоматическому управлению и может быть использовано для формирования управляемых задержек различного типа, аналого-цифрового преобразова-. ния (ALUM), двухшагового интегрирования и преобразования частота-код, Известно устройство управления аналого-цифровым преобразователем, которое может быть использовано как. счеч чик-накопитель, содержащее счетчик, блок пуска, триггер, вентили считывания, управляющие шины (1 ) .
Недостатком такого устройства является то, что его нельзя использовать для формирования управляемых задержек и преобразования частота-код. Помимо этого длительность первого шага интегрирования у него фиксирована,, что требует для отстройки от помех промышленной сети использовать, внешнюю схему АПЧ (автоподстройки частоты), что усложняет преобразователь в целом.
Наиболее близким к предлагаемому по конструкции и функциональным данным является счетчик-таймер, содержащий счетчик, регистр, схему управления, блок пуска и триггер (2 ) .
Недостаток устройства заключается в том, что оно не выполняет функции двух шагового интегрирования, преобразования частота-код, формирования многократных задержек.
t0 Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей счетчикагаймера.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее инвертор два формирователя, счетчик, регистр, триггер, блок пуска выход которого со единен с первым входом первого элемента И входом первого формирователя, и через инвертор с входом второго формирователя, выход которого через первый, а затем второй элементы ИЛИ соединен с первым входом триггера, выход первого формирователя соединен с первым входом
И
35 ао
Ф
3 985 второго элемента И, второй вход которого соединен с первой шиной перестройки, а выход — с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с выходной шиной, а выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход переноса котс рого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с второй шиной перестройки, а выход — с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а интерфейсная шина соединена с установочными входами блока пуска, регистра и счетчика, третья шина пере» стройки соединена с первым входом чу вертого элемента И, дополнительно введ ны семь элементов И, три триггера, формирователь, инвертор, блок задержки, два элемента ИЛИ и один элемент ИЛИНЕ, два блока элементов И и блок инверсии, первый вход которого соединен с выходом регистра, второй вход — с выходом четвертого элемента И, при этом первый вход третьего элемента И соединен с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и седьмого дополнительных элементов И и первым входом первого дополнительного тр гера, первый выход которого соединен с третьим входом третьего элемента И, выход первого дополнительного элемента И соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ и с первым . входом пятого дополнительного элемен . та И, четвертая шина перестройки соединена с вторым входом третьего дополнительного элемента И и первым входом элемента ИЛИ НЕ, второй вход которого соединен с пятой шиной перестройки, вторым входом первого дополнительного элемента И и входом дополнительного инвертора, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ и с вторым входом четвертого дополнительного элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом пятого дополнительного элемента
И, выход которого соединен с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом блока пуска, вторым входом первого дополнительного триггера, выходом первого элемента ИЛИ, и первыми входами второго и третьего дополнительных триггеров, выход второго дополнительного элемента ИЛИ соединен
944 4 с шиной синхронизации, а третий его вход с выходом третьего дополнительного элемента И, причем маркерная шина через дополнительный формирователь соединена с первым входом шестого дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока пуска, второй вход четвертого элемента И объединен с третьими входами первого и четвертого дополнительных элементов И и вторым выходом первого дополнительного триггера, а выход шестого дополнительного элемента И соединен с вторыми входами второго и третьего дополнительных триггеров, выход второго дополни1 тельного триггера соединен через первый дополнительный элемент ИЛИ с втс рым входом первого элемента И, третий г вход которого соединен с шиной второй частоты, дополнительная выходная шина соединена с первым выходом третьего дополнительного триггера, второй выход которого соединен с входом сброса, счетчика и непосредственно с первым входом первого блока И, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход первого блока И соединен с входом регистра, выход блока инверсии соединен с первым входом второго блока
И, выход которого соединен с управляю- щим входом счетчика, второй вход второго блока И соединен с выходом второго дополнительного элемента И, второй вход седьмого дополнительного элемента, И соединен с первой шиной перестройки, а его выход - с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с шиной останова.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого счетчика-таймера..
Схема содержит счетчик 1, регистр 2, интерфейсную шину З,.блок 4 пуска, основной триггер 5 с выходной шиной 6, шины 7-11 перестройки, шина 12 синхронизации, шина 13 второй частоты, шина 14 останова, маркерная шина 15> дополнительная выходная шина 16, дополнительные счетные триггеры 17 и
18, формирователи 18 и 20, инвертор
21, дополнительный инвертор 22, элементы И 23-33, дополнительный триггер 34, блок 3S задержки, элементы
ИЛИ 36-40, первый и второй блоки И
41 и 42, блок 43 инверсии, элемент
ИЛИ-HE 44 и дополнительный формирователь 45.
Принцип работы устройства - формирование очередности следуюших одна за
5 9859 другой задержек, величины ко рык зад ются программно или внешним устройством. от маркерной шины 15. Перестройка структуры устройства производится шинами 7-11 перестройки, которые соответственно включают режимы однокрач ной задержки, циклической задержки, широтно-импульсной модуляции, многократ ной задержки, двухшагового интегрирования (либо преобразования частота-код). 30
Устройство работает следующим образом.
Режим однократной задержки задается включением шины 7. После программной записи кода задержки в счетчик 1 (в дополнительном коде) и включения первого формирователя 19 от блока 4 пуска включаются элементы И 24, ИЛИ 38, и шина 6 через триггер 5. Счетный триггер 17 обеспечивает коммутацию входов 26 триггера 5 и участвует в формировании сигнала выходной шины 6 длительностью, равной периоду импульсов входной чаототы шины 13. От момента включения блока 4 пуска импульсы входной частоты, g5 поступающие на шину 13, передаюгся через элемент С 23 на счетчик 1, который вырабатывает импульс переполнения (переноса), выключаюший через элементы И
30 и, ИЛИ 37 триггер 5. Одновременно через элемент И 33 выключается блок
4 пуска. Разрешение счета в этом режиме поступает от первого входа элемента ИЛИ 39 через инвертор 22, работакпцего от низкого уровня шины 11.
Одновременно через элемент ИЛИ 40
35 возбуждается шина 12, сигнал с которой идет на прерывание процессора, либо casхронизацию какой-либо другой управляюшей логики. На элемент ИЛИ 40 сит нал при этом проходит от переполнения счетчика 1 через элементы И 27 и 31, при этом шины 10 и 11 выключены и элемент ИЛИ-НЕ 44 находится в:.состоянии разрешения прохождения сигнала через элемент И 31.
В режиме циклической задержки, задаваемой шиной 8, элемент ИЛИ 33 не срабатывает и блок 4 пуска и дополнительный триггер 34 не выключаются.
Возможен программный останов через инвертор 21 и формирователь 20 от блока пуска.
Цикличность формирования задержки обеспечивается записью установки в ре-. гистр 2 и переписью ее аппаратно концом55 цикла через элемент И 28 и блок 42 вентилей. Блок 43 инверсии в этом режиме элементов И 26 не переключается
44 6 и передает содержимое регистра 2. на счетчик 1 без инверсии. Цикличность запуска триггера 5 обеспечивается элементом И 25, пропускающим кажцый второй импульсы переполнения счетчика
1 за счет совместной работы со счетным триггером 17.
Этот режим обеспечивает деление входной частоты на удвоенный заданный коэффициент и выдачу результата по шине 6 в виде импульсов со скважностью
2. Сигнал такой формы для управления реальными объектами является предпочтительным.
Режим широтно-импульсной модуляции выбирается шиной 9, которая, будучи включена совместно с шиной 8, обеспечивает модификацию режима циклической задержки, а именно, формирует паузу, не равную длительности импульса, а являющуюся инверсной к коду задержки.
Ф
Период импульсов при этом равен не 2 . где и - разрядность счетчика, как было бы при паузе, сформированной Hà доно нительном коду, а 2 -1, что, однако, не влияет на точность, так как линейность сохраняется, а погрешность дискретно не превышает младшего разряда.
Режим" многократной задержки обеспечивает формирсвание на шине 6 помимо интервалов времени включения объекта также и заданное время вклкяения объекта.
Режим многократной задержки выбирается совместным включением шины
10 и режима циклической задержки. Шина 12 синхронизации в этом режиме воз буждается через элемент И 29 от каждсьго импульса переполнения счетчика. По этим импульсам процессор или другая управляющая логика записывает в регистр
2 по шинам 3 новый код, соответствуюший времени включения, либо выключения шины 6.
Режим, при котором активна шина, 11 перестройки, применяется при таких измерениях интервалов времени, которые иопользуют каку)о-либо опорную базу времени.
Такие измерения используются при двухшаговом методе преобразования напряжение-код, преобразовании интервал времени-код, частота.-код, Стартовый и стоповый импульсы поступают на маркерную шину 15. При использовании в преобразователе - напряжение-код таймер вьедает интервал времени первого шага . интегрирования на дополнительную шину
16, в это время происходит заряд иэг
7 9859 мерительного конденсатора (во внешней схеме) от измеряемого напряжения, время второго шага интегрирования снимается с шины 6, в течение этого времени происходит разряд. измерительного конденсатрра эталонным током. Концу разряда со+ ответствует срабатывание нулторгана во (внешней схеме), формирующего сигнал останова на шике 14. Этот сигнал идет на шину 12 и выключает триггер 5. В качестве базы времени первого шага интегрирования используется период чаототы силовой сети, помехи которой следует подавить. Дпя этого напряжение этой сети подается через соответствующий де- 1 литель на шину 15.
Первый шаг интегрирования завершается а приходом второго, после включения блока 4, импульса на шину 15. Этот иьтульс с выхода второго счетного триггера 18 переписывает через блок 41 код первого шага интегрирования в регистр
2, после чего счетчик сбрасывается через блок задержки 35 и производится накопление импульсов второго шага интегриро- 25 вания до момента прихода на шину 14 и элемента ИЛИ 36 сигнала останова.
Деление кода счетчика на код регистра, производимое процессором, дает резуль- тат измерения, не зависящий от девиации частоты и, следовательно, с максималь ным подавлением помех. !
Таймер может быть также использован для измерения напряжения по другому алгоритму. При малом уровне промышлен35 ных помех период первого шага интегрирования задается автономно, т.е. про1раммно, а не по внешним маркерным импульсам. В этом варианте использования
4О операция деления может быть исклкчена.
Включение таймера в этот режим производится заданием режима циклической, задержки и инверсным подключением шины 6 к шине 15. Время первого шага
Я5 интегрирования снимается с шины 6, а
I второго - с дополнительной выходнои шины 16. По фронту выключения шины 6 (конец первого шага интегрирования) включается счетный триггер 18 через элемент И 32 и формирователь 45 от
SO шины 15, выключение же его происходит по останову от шины 14. В этот же момент происходит останов, а также возникает синхроимпульс на шине 12.
В регистре 2 должна быть записана нуSS левая информация с тем, чтобы перепись регистра, в счетчик, производимая по окончанию первого шага интегрирования, 44 8 подтвердила нулевой код счетчика, соответствующий его переполнению.
В режиме частота-код или при измерении заданного интервала времени устанавливается режим включения шины 11, на шину 15 подается импульс пуска, на шину
14 подается импульс останова. Таймер может быть использован как счетчик-накопитель, причем общее количество импульсов может превышать разрядную сетку счетчика. Для этого включается режим многократной задержки (шины 10,8), а в регистр заносится нулевой код. Импульсы очередных перекпкьчений идут на шину. 12 и могут программно накапливаться, а текущий код мояно программно сосчитать со счетчика.
Таким образом, таймер может быть использован как выходной преобразователь, формирующий сигналы управления реальным объектом и синхронизации, а. также как входной преобразователь, осуществляющий измерение задаш ых интервалов времени.
Рассмотренные свойства таймера позволяют использовать его в качестве однократной, циклической и многократной задержек, широтно-импульсного модулятора, для преобразования интервалов вре мени в качестве счетчика-накопителя.
Наличие двух вариантов измерения напряжения позволяет использовать преобразователь для исследования уровня промышленных помех.
Формула изобретения
Счетчик-таймер, содержащий инвертор, два формирователя, счетчик, регистр, триггер, блок пуска, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, входом первого формирователя и через инвертор с входом второго формирователя, выход которого через последовательно соединенные первый, второй элементы ИЛИ соединен с первым входом триггера, выход первого формирователя соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с первой шиной перестройки, а выход — с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с выходной шиной, а выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход переноса которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого сое985944 0 и третьего дополнительных триггеров, выход второго дополнительного элемента
ИЛИ соединен с шиной синхронизации, а .третий его вход соединен с выходом тре тьего дополнительного элемента И, причем маркерная шина через дополнительный формирователь соединена с первым входом шестого дополнительного элемента
И, второй вход которого соединен с вы1р ходом блока пуска, второй вход четвертого элемента И соединен с третьими входами первого и четвертого дополнительных элементов И и вторым выходом первого дополнительного триггера, а выс 1g ход шестого дополнительного элемента И соединен с вторыми входами второго и третьего дополнительных триггеров, выход второго дополнительного триггера соединен через первый дополнительный элемент ИЛИ с вторым входом первого элемента И, третий вход которого соединен с шиной второй частоты, дополнительная выходная шина соединена с первым выходом третьего дополнительного триггера, второй выход которого соединен через блок задержки со входо :. сброса счетчика и непосредственно с первым входом первого блока И, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход первого блока И соединен с входом регистра, выход блока инверсии соединен с первым входом второго блока И, выход которого соединен с управ. ляющим входом счетчика, второй вход второго блока И соединен с выходом
35 второго дополнительного элемента И, второй вход седьмого дополнительного элемента И соединен с первой шиной перестройки, а его выход связан с вторым входом первого элемента ИЛИ, трей тий вход которого соединен с шиной останова.
9 динен с второй шиной перестройки, а выход - с вторым входом третьего эле мента ИЛИ, а интерфейсная шина соединена с установочными входами регистра счетчика и блока пуска, третья шина . перестройки соединена с первым входом четвертого элемента И, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей счетчикатаймера, в него дополнительно введены семь элементов И, три триггера, формирователь, ннвертор, блок задержки, два элемента ИЛИ, и один элемент ИЛИНЕ, два блока элементов И и блок инверсии, первый вход которого соединен выходом регистра, второй вход соединен выходом четвертого элемента И, при этом первый вход третьего элемента И соединен с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и седьмого дополнительных элементов И и первым входом первого дополнительного триггера, первый выход которого соединен с третьим входом третьего элемента И, выход первого дополнительного элемента
И соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ и с первым входом пятого дополнительного элемента И, четвертая шина перестройки соединена с. вторым входом третьего дополнительного элемента И и первым входом элемента ИЛИ
НЕ, второй вход которого соединен с пятой шиной перестройки, вторым входом первого дополнительного элемента И и входом дополнительного инвертора, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного элемента
ИЛИ и с вторым входом четвертого дополнительного элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом пятого дополнительного элемента И, выход которого соединен с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом блока пуска, вторым входом первого дополнительного триггера, выходом первого элемента ИЛИ, и первыми входами второго
Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Ж 748399, кл. 6 06 E 1/04, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
No 711689, кл. Н 03 К 23/00, 1980, 985944
Составитель В. Муляр
Редактор Н. Стащишина Техред С.Мигунова Корректор О. Билак
Заказ 10187/77 Тираж 959 Подписное
ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35> Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4