CN112611393A - 一种用于测量转台速率精度的定角测时装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，涉及转台速率检测领域，该定角测时装置包括时钟源、轴角解算单元、时钟脉冲计数器、数据锁存器选通器和计算机，所述轴角解算单元、时钟脉冲计数器均与时钟源连接，且轴角解算单元、时钟脉冲计数器、数据锁存器选通器和计算机顺次连接，时钟脉冲计数器包括X通道计数器和Y通道计数器，数据锁存器选通器包括X通道锁存选通器和Y通道锁存选通器，所述计算机与轴角解算单元连接，用于控制轴角解算单元向时钟脉冲计数器发送的脉冲信号。本发明能够有效消除速率测试环节的误差，进而提高速率精度。

Description

一种用于测量转台速率精度的定角测时装置

技术领域

本发明涉及转台速率检测领域，具体涉及一种用于测量转台速率精度的定角测时装置。

背景技术

转台作为一种高精度仿真和测试设备，对速率精度要求极高，对转台自身性能指标的测试要求更高。目前，在测试转台速率精度时，主要通过计算机定时读取转台的轴角数据，用轴角数据除读数间隔时间得到速率值。

由于计算机存在时钟误差、读数时间间隔误差、读取角度数据的误码，同时，还存在读数的实时性的影响，导致速率测试环节会产生一定的误差，进而影响速率精度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，能够有效消除速率测试环节的误差，进而提高速率精度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，包括时钟源、轴角解算单元、时钟脉冲计数器、数据锁存器选通器和计算机，所述轴角解算单元、时钟脉冲计数器均与时钟源连接，且轴角解算单元、时钟脉冲计数器、数据锁存器选通器和计算机顺次连接，时钟脉冲计数器包括X通道计数器和Y通道计数器，数据锁存器选通器包括X通道锁存选通器和Y通道锁存选通器，所述计算机与轴角解算单元连接，用于控制轴角解算单元向时钟脉冲计数器发送的度脉冲信号。

在上述技术方案的基础上，所述时钟源包括顺次连接的温补晶振U1、第一反向器U2和第二反向器U3，第一反向器U2和第二反向器U3用于对温补温补晶振U1发出的脉冲信号进行整形，整形后将脉冲信号CP输出至轴角解算单元作为编码脉冲，同时，发送至时钟脉冲计数器作为计时脉冲。

在上述技术方案的基础上，所述温补晶振U1包括VCC端、FRQ端和GND端，所述GND端接地，所述VCC端和FRQ端并联有第一瓷片电容C1、第一电解电容E1和第一电阻R1，所述第一瓷片电容C1通过第二瓷片电容C2接地，所述第一电解电容E1和第一电阻R1通过第二电阻R2接地，所述第一瓷片电容C1、第一电解电容E1组成去耦电容，用于去除温补晶振U1发出的晶振信号上的高频噪声，所述第一电阻R1为上拉电阻，用于提高输出电平，所述第二电阻R2为阻抗匹配电阻，以避免信号反射，所述第二瓷片电容C2用于滤除脉冲毛刺。

在上述技术方案的基础上，所述轴角解算单元包括数据选择器U4和分频器U5，所述数据选择器U4包括第一数据选择通道CS1、第二数据选择通道CS2、数据选择器输出允许通道CS3，输出通道Y1和若干脉冲信号接口，数据选择器输出允许通道CS3用于接收计算机输出的数据选择器输出的允许信号，数据选择器U4通过输出通道Y1将脉冲信号传输至分频器U5。

在上述技术方案的基础上，所述时钟脉冲计数器与数据锁存器选通器能够将相应的功能部分集成在同一电路上：X通道计数器+X通道锁存选通电路、Y通道计数器+Y通道锁存选通电路。

在上述技术方案的基础上，所述X通道计数器+X通道锁存选通电路、Y通道计数器+Y通道锁存选通电路均包括40位电路：低8位电路和9-40位电路，其中，低8位电路和9-40位电路的结构相同。

在上述技术方案的基础上，所述X通道计数器+X通道锁存选通电路包括第一计数器U6、第二计数器U7、第一锁存选通器U16和相应的外围电路。

在上述技术方案的基础上，所述U16包括选通信号输入端1引脚、锁存信号输入端11引脚和输入、输出口，输出口与计算机连接并向计算机输出数据，U6、U7的计数值直接输入到U16的输入口，当U16的1脚输入低电平时，选通有效，当锁存信号输入端11引脚输入的脉冲到达上升沿时，U16输入口的数据被载入输出口，此时，计算机可以读取输出口的数据。

在上述技术方案的基础上，所述时钟源发送脉冲信号CP输入到U6的14引脚，U6的13引脚将进位/借位脉冲输入到U7的14引脚作为U7的脉冲输入信号；开始测试前所述计算机输出清零脉冲CLR对计数器清零，清零脉冲CLR直接输入到U6、U7的11脚。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中用于测量转台速率精度的定角测时装置，根据不同速率段的测试，可以选择不同的度脉冲或者周脉冲作为角度间隔来计时，由于角度解算与计时脉冲都是一个时钟源来进行编码，轴角解算单元与时钟脉冲计数器的脉冲同边沿，以转台轴角的1度脉冲、10度脉冲、180度脉冲、360°脉冲为角度间隔脉冲，在一个周脉冲(360°脉冲)或者度脉冲(1度脉冲、10度脉冲、180度脉冲)周期内，对时钟源的时钟进行计数，在下一个周脉冲或者度脉冲的上升沿锁存时钟脉冲计数器的计数值，计算机读取时钟脉冲计数器的数值，根据时钟脉冲的权值算出时间，因此，与现有技术中存在时钟误差、读数时间间隔误差、读取角度数据误差相比，本发明通过一个时钟源来进行编码，能够避免上述误差，仅存在时钟脉冲的误差，能够从根本上上消除测量环节带来的误差，进而有效提高转台速率精度和速率稳定度。

附图说明

图1为本发明实施例中定角测时装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中温补晶振U1的电路图；

图3为本发明实施例中轴角解算单元脉冲选择与分频的电路图；

图4为本发明实施例中计数锁存脉冲与度脉冲和时钟脉冲的时序图；

图5为本发明实施例中X通道计数器+X通道锁存选通电路的电路图。

图中：1-时钟源，2-轴角解算单元，3-时钟脉冲计数器，4-数据锁存器选通器，5-计算机。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，包括时钟源1、轴角解算单元2、时钟脉冲计数器3、数据锁存器选通器4和计算机5，所述轴角解算单元2、时钟脉冲计数器3均与时钟源1连接，且轴角解算单元2、时钟脉冲计数器3、数据锁存器选通器4和计算机5顺次连接，时钟脉冲计数器3包括X通道计数器和Y通道计数器，数据锁存器选通器4包括X通道锁存选通器和Y通道锁存选通器，所述计算机5与轴角解算单元2连接，用于控制轴角解算单元2向时钟脉冲计数器3发送度脉冲信号。

所述时钟源1用于为轴角解算单元2提供统一编码脉冲，同时，还用于为时钟脉冲计数器3提供计数脉冲，其中，编码脉冲和计数脉冲均为20MHz，时钟脉冲计数器3选用40位脉冲计数器，数据锁存器选通器4为40位数据锁存器选通器。

根据不同速率段的测试，可以选择不同的度脉冲或者周脉冲作为角度间隔来计时，由于角度解算与计时脉冲都是一个时钟源来进行编码，因此，与现有技术中存在时钟误差、读数时间间隔误差、读取角度数据误差相比，本发明通过一个时钟源来进行编码，能够避免上述误差，仅存在时钟脉冲的误差，能够从根本上上消除测量环节带来的误差，进而有效提高转台速率精度和速率稳定度。

以输出1°的脉冲为例，周脉冲(360的脉冲)、10度脉冲、180度脉冲同理：

所述时钟源1发出两路相同的20MHz脉冲信号：一路发送至轴角解算单元2作为编码脉冲，一路发送至时钟脉冲计数器3作为计数脉冲。

所述轴角解算单元2输出1°的度脉冲进行二分频后作为时钟脉冲计数器3的使能脉冲，1°脉冲到达下降沿后时钟脉冲计数器3开始计数，1°脉冲到达上升沿后时钟脉冲计数器3停止计数并保持当前数值不变，同时，时钟脉冲计数器3将计数数据传输至数据锁存器选通器4。

同时，轴角解算单元2的1°脉冲为数据锁存器选通器4提供锁存脉冲，在1°脉冲的上升沿数据锁存器选通器4的输入口将数据载入到输出口，计算机5通过8位数据总线读取数据锁存器选通器4的数据。

本实施例中，LCK1，LCK2是计数器的计数使能信号，也是锁存器的锁存信号，CLR是清零信号，CP是时钟脉冲输入信号。

本发明中时钟源1的时钟精度为±1PPM，轴角解算单元2与时钟脉冲计数器3采用同一个时钟源1，因此，轴角解算单元2与时钟脉冲计数器3的脉冲同边沿，以转台轴角的1度脉冲、10度脉冲、180度脉冲、360°脉冲为角度间隔脉冲，在一个周脉冲360°脉冲或者度脉冲1度脉冲、10度脉冲、180度脉冲周期内，对时钟源1的时钟脉冲进行计数，在下一个周脉冲或者度脉冲的上升沿锁存时钟脉冲计数器3的计数值，计算机读取时钟脉冲计数器3的数值，根据时钟脉冲的权值算出时间。

参见图2所示，所述时钟源1包括顺次连接的温补晶振U1、第一反向器U2和第二反向器U3，第一反向器U2和第二反向器U3用于对温补温补晶振U1发出的脉冲信号进行整形，整形后将得到时钟脉冲输入信号CP输出至轴角解算单元2作为编码脉冲，同时，发送至时钟脉冲计数器3作为计时脉冲。

参见图2所示，所述温补晶振U1包括VCC端、FRQ端和GND端，所述GND端接地，所述VCC端和FRQ端并联有第一瓷片电容C1、第一电解电容E1和第一电阻R1，所述第一瓷片电容C1通过第二瓷片电容C2接地，所述第一电解电容E1和第一电阻R1通过第二电阻R2接地，所述第一瓷片电容C1、第一电解电容E1组成去耦电容，用于去除温补晶振U1发出的晶振信号上的高频噪声，所述第一电阻R1为上拉电阻，用于提高输出电平，所述第二电阻R2为阻抗匹配电阻，以避免信号反射，所述第二瓷片电容C2用于滤除脉冲毛刺。

参见图3所示，所述轴角解算单元2包含度脉冲输出逻辑电路，度脉冲输出逻辑电路包括数据选择器U4和分频器U5，所述数据选择器U4包括第一数据选择通道CS1、第二数据选择通道CS2、数据选择器输出允许通道CS3、输出通道Y1和4路输入通道IC0、IC1、IC2、IC3。

第一数据选择通道CS1和第二数据选择通道CS2用于接收计算机5输出的脉冲选择控制信号并据此选择输出脉冲，数据选择器输出允许通道CS3用于接收计算机5输出的数据选择器输出允许信号。

当计算机5输出的数据选择器输出允许信号为低电平时，根据计算机5输出至第一数据选择通道CS1、第二数据选择通道CS2的脉冲选择控制信号的不同逻辑组合值，将相应1C0、1C1、1C2、1C3端口的度脉冲发送至数据选择器的输出端Y1，具体选择方式如表1。

表1、脉冲选择真值表

CS3

CS2

CS1

1C0

1C1

1C2

1C3

Y1

H

X

X

1°

10°

180°

360°

L

L

L

L

1°

10°

180°

360°

1°

L

L

H

1°

10°

180°

360°

10°

L

H

L

1°

10°

180°

360°

180°

L

H

H

1°

10

10

360°

360°

参见表1，为脉冲选择真值表，由于不同的轴角解算单元输出的度脉冲和周脉冲的脉冲形式不同，有的脉冲为方波，有的脉冲为尖脉冲，本实施例使用2分频器U5，将度脉冲和周脉冲2分频，得到相应脉冲信号的2分频方波脉冲LCK1、LCK2，LCK1、LCK2作为时钟脉冲计数器3的使能脉冲，时钟脉冲计数器3将计数数据传输至数据锁存器选通器4。

LCK1、LCK2与度脉冲和时钟脉冲的时序关系如图4所示，所有脉冲的边沿均相同。

LCK1、LCK2进入时钟脉冲计数器3后，低电平时时钟脉冲计数器3计数，高电平时时钟脉冲计数器3停止计数，停止计数时时钟脉冲计数器3计数值保持不变。

具体的：

LCK2进入X脉冲计数器作为计数器的使能信号，低电平时计数器计数，高电平时计数器停止计数，停止计数时计数器计数值保持不变；同时LCK2经过两个反向器延时整形后去X通道锁存选通器，在下一个度脉冲(第2个，以及后续偶数个)的上升沿锁存计数器的计数值。

LCK1进入Y脉冲计数器作为计数器的使能信号，低电平时计数器计数，高电平时计数器停止计数，停止计数时计数器计数值保持不变；同时LCK1经过两个反向器延时整形后去Y通道锁存器，在下一个度脉冲(第3个，以及后续奇数个)的上升沿锁存计数器的时间值。

参见图5所示，本实施例中，时钟脉冲计数器3与数据锁存器选通器4能够将相应的功能部分集成在同一电路上，其中，X通道计数器+X通道锁存选通电路、Y通道计数器+Y通道锁存选通电路均包括40位电路：低8位电路和9-40位电路，其中，低8位电路和9-40位电路的结构相同，本实施例以X通道计数器+X通道锁存选通电路的低8位电路为例进行详细说明：

X通道计数器+X通道锁存选通电路包括第一计数器U6、第二计数器U7、第一锁存选通器U16和相应的外围电路，时钟脉冲信号CP输入到U6的14引脚，U6的13引脚将进位/借位脉冲输入到U7的14引脚作为U7的脉冲输入信号；开始测试前计算机输出清零脉冲CLR对计数器清零，清零脉冲CLR直接输入到U6、U7的11脚。

LCK2输入到U6、U7的4脚作为计数使能信号，当LCK2低电平时计数器计数，当LCK2高电平时计数器停止计数，停止计数时计数值保持不变。

U16包括选通信号输入端1引脚、锁存信号输入端11引脚和输入、输出口，输出口与计算机连接并向计算机输出数据，U6、U7的计数值通过U16输入端1的选通信号选通，由U16输入口载入到U16输出口，当U16的1脚输入低电平时，选通有效，当锁存信号输入端11引脚输入的脉冲到达上升沿时，U16的输入口的数据被载入输出口，此时，计算机可以读取输出口的数据。

X通道计数器+X通道锁存选通电路由10个4位加减计数器和5个8位锁存选通器组成，Y通道计数器+Y通道锁存选通电路由10个4位加减计数器和5个8位锁存选通器组成。X通道计数器+X通道锁存选通电路对开始测试的第1个以及后续的第奇数个度脉冲内的时钟脉冲进行计数、锁存并传输给计算机，Y通道计数器+Y通道锁存选通电路对开始测试时第2个以及后续的第偶数个度脉冲内的时钟脉冲进行计数、锁存并传输给计算机。

计算机轮换的读取X通道锁存选通电路、Y通道锁存选通电路的时钟计数值，进行权值解算就可以得到时间值，这个时间值被度脉冲的角度数值除就是转台速率值，单位是度/秒。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，包括时钟源(1)，其特征在于：还包括轴角解算单元(2)、时钟脉冲计数器(3)、数据锁存器选通器(4)和计算机(5)，所述轴角解算单元(2)、时钟脉冲计数器(3)均与时钟源(1)连接，且轴角解算单元(2)、时钟脉冲计数器(3)、数据锁存器选通器(4)和计算机(5)顺次连接，时钟脉冲计数器(3)包括X通道计数器和Y通道计数器，数据锁存器选通器(4)包括X通道锁存选通器和Y通道锁存选通器，所述计算机(5)与轴角解算单元(2)连接，用于控制轴角解算单元(2)向时钟脉冲计数器(3)发送的度脉冲信号。

2.如权利要求1所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述时钟源(1)包括顺次连接的温补晶振U1、第一反向器U2和第二反向器U3，第一反向器U2和第二反向器U3用于对温补温补晶振U1发出的脉冲信号进行整形，整形后将脉冲信号CP输出至轴角解算单元(2)作为编码脉冲，同时，发送至时钟脉冲计数器(3)作为计时脉冲。

3.如权利要求2所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述温补晶振U1包括VCC端、FRQ端和GND端，所述GND端接地，所述VCC端和FRQ端并联有第一瓷片电容C1、第一电解电容E1和第一电阻R1，所述第一瓷片电容C1通过第二瓷片电容C2接地，所述第一电解电容E1和第一电阻R1通过第二电阻R2接地，所述第一瓷片电容C1、第一电解电容E1组成去耦电容，用于去除温补晶振U1发出的晶振信号上的高频噪声，所述第一电阻R1为上拉电阻，用于提高输出电平，所述第二电阻R2为阻抗匹配电阻，以避免信号反射，所述第二瓷片电容C2用于滤除脉冲毛刺。

4.如权利要求1所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述轴角解算单元(2)包括数据选择器U4和分频器U5，所述数据选择器U4包括第一数据选择通道CS1、第二数据选择通道CS2、数据选择器输出允许通道CS3，数据选择器U4通过输出通道Y1将脉冲信号传输至分频器U5。

5.如权利要求1所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述时钟脉冲计数器(3)与数据锁存器选通器(4)能够将相应的功能部分集成在同一电路上：X通道计数器+X通道锁存选通电路、Y通道计数器+Y通道锁存选通电路。

6.如权利要求5所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述X通道计数器+X通道锁存选通电路、Y通道计数器+Y通道锁存选通电路均包括40位电路：低8位电路和9-40位电路，其中，低8位电路和9-40位电路的结构相同。

7.如权利要求5所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述X通道计数器+X通道锁存选通电路包括第一计数器U6、第二计数器U7、第一锁存选通器U16和相应的外围电路。

8.如权利要求7所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述U16包括选通信号输入端1引脚、锁存信号输入端11引脚和输入、输出口，输出口与计算机连接并向计算机输出数据，U6、U7的计数值直接输入到U16的输入口，当U16的1脚输入低电平时，选通有效，当锁存信号输入端11引脚输入的脉冲到达上升沿时，U16输入口的数据被载入输出口，此时，计算机可以读取输出口的数据。

9.如权利要求8所述的一种用于测量转台速率精度的定角测时装置，其特征在于：所述时钟源(1)发送脉冲信号CP输入到U6的14引脚，U6的13引脚将进位/借位脉冲输入到U7的14引脚作为U7的脉冲输入信号；开始测试前所述计算机(5)输出清零脉冲CLR对计数器清零，清零脉冲CLR直接输入到U6、U7的11脚。

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