RO127778A2 - Method and system for measuring time intervals - Google Patents
Method and system for measuring time intervals Download PDFInfo
- Publication number
- RO127778A2 RO127778A2 ROA201100157A RO201100157A RO127778A2 RO 127778 A2 RO127778 A2 RO 127778A2 RO A201100157 A ROA201100157 A RO A201100157A RO 201100157 A RO201100157 A RO 201100157A RO 127778 A2 RO127778 A2 RO 127778A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- time
- event
- measuring
- counter
- numerator
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Invenția se referă la o metodă și la sisteme de măsură de precizie a intervalelor dc timp într-o gamă largă de valori, care este adaptată implementării pc microsisteme uzuale.The invention relates to a method and systems for measuring the accuracy of dc time intervals in a wide range of values, which is adapted to the usual PC microsystems implementation.
(c) Stadiul actual(c) Current status
Sunt cunoscute mai multe metode de măsură a intervalelor de timp și sisteme electronice care implementează asemenea metode. Aceste metode sunt uzual împărțite în următoarele categorii:Several methods for measuring time intervals are known and electronic systems that implement such methods. These methods are usually divided into the following categories:
Metoda bazată pe numărarea impulsurilor provenite de la un oscilator (ceas) de precizie în intervalul de timp de măsurat; această metodă este numită și metoda numărării. Avantajul metodei numărării directe este acela că oferă posibilitatea măsurării intervalelor lungi de timp, dar precizia măsurării este direct proporțională cu frecvența ceasului. Câteva metode de îmbunătățire a acurateții de măsurare a intervalelor de timp folosind metoda numărării sunt prezentate în lucrările [20], [21 j și [22].The method based on the counting of the impulses from a precision oscillator (clock) within the measuring time interval; this method is also called the counting method. The advantage of the direct counting method is that it offers the possibility of measuring long time intervals, but the accuracy of the measurement is directly proportional to the clock frequency. Several methods for improving the accuracy of measuring time intervals using the counting method are presented in works [20], [21 j and [22].
Metoda conversiei timp-tensiune (CTT) se bazează pe încărcarea unui condensator pe durata evenimentului (intervalului de timp de măsurat), măsurarea tensiunii la care se încarcă acel condensator și convertirea tensiunii în timp, conform funcției inverse a funcției de încărcare. încărcarea se poate produce printr-o rezistență de valoare uzual mare, conform legii exponențiale de încărcare binecunoscute, sau cu ajutorul unui generator de curent constant, caz în care încărcarea se produce liniar în timp. Implementări ale acestei metode sunt descrise în invențiile [1], [2j. [3J. [4] și [51. Metoda conversiei timp-tensiune constă în conversia timpului în amplitudine (tensiune), urmată de conversia analog-digitală. Principiul de măsură al acestei metode constă în încărcarea unui condensator de precizie la un curent cunoscut pe toată durata evenimentului extern care poate fi delimitat de un semnal digital generat, spre exemplu, de un circuit (Ν - 2 Ο 1 1 * Ο Ο 1 5 7 - 2 1 -02- 2011 monostabil. La finalul intervalului, potențialul corespunzător sarcinii acumulate în condensator este măsurat folosind un convertor analog-digital (CAD). Deoarece tensiunea de pe condensator este proporțională cu timpul de încărcare a acestuia, valoarea citită de convertorul analog-digital permite determinarea duratei evenimentului. O altă abordare a acestui mod de implementare a metodei CTT utilizează o sursă de tensiune fixă ce realizează încărcarea condensatorului printr-o rezistență pe durata evenimentului de măsurat. In acest caz, timpul poate fi extras din rezultatul conversiei analog-digitale inversând legea exponențială de încărcare a condensatorului.The time-voltage conversion (CTT) method is based on the charge of a capacitor during the event (measuring time interval), the measurement of the voltage at which that capacitor is charged and the conversion of voltage into time, according to the inverse function of the charge function. Charging can occur through a resistance of usually high value, according to the well-known exponential charging law, or with the help of a constant current generator, in which case the charge is linear in time. Implementations of this method are described in the inventions [1], [2j. [3J. [4] and [51. The time-voltage conversion method consists of the conversion of time into amplitude (voltage), followed by analog-to-digital conversion. The principle of measurement of this method is to charge a precision capacitor at a known current throughout the external event that can be delimited by a digital signal generated, for example, by a circuit (Ν - 2 Ο 1 1 * Ο Ο 1 5 7 - 2 1 -02- 2011 Monostable At the end of the range, the potential corresponding to the accumulated charge in the capacitor is measured using an analog-digital converter (CAD), because the voltage on the capacitor is proportional to its charging time, the value read by the converter analog-digital allows to determine the duration of the event. Another approach to this method of implementation of the CTT method is using a fixed voltage source that realizes the capacitor charge through a resistor during the measured event. In this case, the time can be extracted from the conversion result. analog-digital inverting the exponential law of capacitor charging.
O variantă combinată a metodelor de mai sus este numită metoda extensiei (expandării) intervalelor de timp și constă în încărcarea unui condensator pe durata evenimentului, urmată de descărcarea condensatorului pe o rezistență de valoare mult mai mare, sau cu ajutorul unui generator de curent de valoare mult mai mică decât la încărcare, durata descărcării până la o valoare prefixată fiind măsurată cu metoda numărării. Metoda expandării intervalelor de timp a fost introdusă în lucrarea [19],A combined variant of the above methods is called the method of extension (expansion) of time intervals and consists of charging a capacitor during the event, followed by unloading the capacitor on a much higher value resistor, or using a value current generator much less than when loading, the download time up to a preset value being measured by the counting method. The method of expanding the time intervals was introduced in the paper [19],
Metoda Vernier în diverse variante, a fost introdusă prin patentele [6], [7], [8], [9] și [10]. Metoda folosește doi oscilatori cu frecvența diferită și determină, pe de o parte, prin numărare directă, numărul de perioade întregi ale unuia dintre oscilatori în intervalul dat și numărul de perioade ale celui de al doilea, diferența dintre numere determinând fracțiunea de interval de perioadă de tact rămasă nemăsurată pe baza primului oscilator [I I]. Dezavantajul metodei este costul și precizia relativ limitată a măsurării fracțiunii de interval.The Vernier method in various variants has been introduced by patents [6], [7], [8], [9] and [10]. The method uses two oscillators with different frequency and determines, on the one hand, by direct counting, the number of whole periods of one of the oscillators in the given interval and the number of periods of the second, the difference between numbers determining the fraction of period interval. tact remained unmeasured based on the first oscillator [II]. The disadvantage of the method is the relatively limited cost and accuracy of the interval fraction measurement.
Metoda liniilor de întârziere [12], [13], [14] și [15] folosește linii de întârziere cu întârzieri cunoscute dar diferite, prin care impulsul ce reprezintă evenimentul se propagă în paralel. Prin această metodă, se determină coincidențele impulsului la ieșire, pe diversele linii de întârziere paralele, astfel rezultând indirect durata evenimentului. Unele modalități de utilizare a metodei liniilor de întârziere în măsurarea cu acuratețe ridicată a duratelor de timp sunt descrise în lucrările [23] și [24],The delay line method [12], [13], [14] and [15] uses delay lines with known but different delays, whereby the impulse representing the event propagates in parallel. By this method, the coincidence of the output pulse is determined, on the various parallel delay lines, thus indirectly resulting in the duration of the event. Some ways of using the delay line method in measuring time accuracies with high accuracy are described in works [23] and [24],
Metoda interpolativă, numită și metoda Nutt, combină o metodă de măsură a intervalelor scurte de timp cu o metodă de măsură a intervalelor lungi de timp. Metoda este descrisă în invenția [16] precum și în lucrările [17], [18] și [29].The interpolative method, also called the Nutt method, combines a method of measuring short time intervals with a method of measuring long time intervals. The method is described in the invention [16] as well as in the works [17], [18] and [29].
9 1 1 - Ο 0 1 5 7 - 2 1 -02- 20119 1 1 - Ο 0 1 5 7 - 2 1 -02- 2011
Aceste metode pentru care fundamentele teoretice sunt detaliate în lucrarea [251 au mai multe dezavantaje așa cum, cele mai importante dintre dezavantaje fiind enumerate în continuare.These methods for which the theoretical foundations are detailed in the paper [251 have several disadvantages as, the most important of the disadvantages being listed below.
Un dezavantaj al metodei numărării directe constă în aceea că sunt necesare generatoare de tact (ceasuri) de frecvență mare pentru a obține precizie bună, condiția fiind nerealizabilă sau greu realizabilă și costisitoare [26]. [27] și [28] pentru intervale de timp foarte scurte, sub 10 ns, iar atunci când metoda se implementează cu ajutorul unor microsistemc uzuale, de tip microcontrolere. precizii sub 1 microsecundă sunt greu de obținut.A disadvantage of the direct counting method is that high frequency tact generators (watches) are required to obtain good accuracy, the condition being unattainable or difficult to achieve and expensive [26]. [27] and [28] for very short time intervals, below 10 ns, and when the method is implemented using the usual microcontrollers, such as microcontrollers. accuracies below 1 microsecond are difficult to obtain.
Alte dezavantaje ale metodei numărării directe apar atunci când aceasta sc implementează folosind microcontrolere sau alte microsisteme care utilizează procedee de întreruperi sau utilizează monitorizarea în buclă pentru a răspunde la detecția începutului și a sfârșitului evenimentului. Un microcontroler necesită un anume timp pentru a începe tratarea unei rutine de întrerupere la apariția cererii externe, timp care este numit latența întreruperilor. Datorită acestei latențe, care afectează pornirea numărătorului, numărarea întotdeauna este întârziată în mod semnificativ în cazul sistemelor de măsurare bazate pe microcontrolere, în cazul metodei numărării directe. In mod similar, există o întârziere a momentului opririi numărării, ce arc loc după sfârșitul evenimentului. De exemplu, folosind un microcontroler condus de un quarț dc 40 MI I/, pentru care durata de execuție a unei instrucțiuni cu durata de un ciclu mașină necesită 4 lacte. eroarea maximă corespunzătoare este de 500 ns. Aceste întârzieri nu pot fi total eliminate prin calcul deoarece latența întreruperilor are o variabilitate aleatoare datorită asincronismului dintre evenimentul intern și ciclurile mașina ale procesorului. Prin urmare, datorită incertitudinii duratei latenței întreruperilor, la orice procesor apar întârzieri variabile, cu o variație de un ciclu mașină sau mai mult și care consituie o cauză dc eroare. Eroarea însumează variația de un ciclu mașină a timpului de răspuns a înicrocontrolerului la întreruperea externă pentru începutul evenimentului și variația de un ciclu mașină la sesizarea terminării evenimentului. Prin urmare, cea mai bună precizie care se poate obține folosind această metodă pe un microcontroler cu incertitudine a latenței întreruperii de un ciclu mașină este de doi cicli mașină. Aceasta corespunde, dc <\-2 Ο 1 1 - Ο 01 5 7 - 2 1 -02- 2011 exemplu pentru un microcontroler cu generator de tact de 40 MHz și cu ciclu mașină de 4 tacte, la o eroare de 200ns.Other disadvantages of the direct counting method arise when it is implemented using microcontrollers or other microsystems that use interrupt processes or use loop monitoring to respond to the detection of the beginning and end of the event. A microcontroller requires a certain amount of time to start dealing with an interrupt routine when external demand occurs, and this is called interrupt latency. Due to this latency, which affects the start of the counter, the counting is always significantly delayed in the case of measurement systems based on microcontrollers, in the case of the direct counting method. Similarly, there is a delay in the moment of stopping the counting, which takes place after the end of the event. For example, using a microcontroller driven by a quartz dc 40 MI I /, for which the execution time of an instruction with the duration of a machine cycle requires 4 milks. the corresponding maximum error is 500 ns. These delays cannot be completely eliminated by calculation because the latency of the interrupts has a random variability due to the asynchronism between the internal event and the machine cycles of the processor. Therefore, due to the uncertainty of the latency of the interrupts, variable delays occur on any processor, with a variation of one or more machine cycles and which is a cause for the error. The error summates the variation of a machine cycle of the response time of the inocrocontroller at the external interruption for the beginning of the event and the variation of a machine cycle upon noticing the completion of the event. Therefore, the best precision that can be obtained using this method on a microcontroller with uncertainty of the latency of one machine cycle interruption is two machine cycles. This corresponds, dc <\ - 2 Ο 1 1 - Ο 01 5 7 - 2 1 -02- 2011 example for a microcontroller with 40 MHz tact generator and 4-touch machine cycle, at 200ns error.
Erorile de determinare a momentelor de început și sfârșit ale evenimentului sunt și mai mari decât cele descrise mai sus în cazul în care microcontrolerul acceptă mai multe tipuri dc întrerupere, ierarhizate, iar întreruperile folosite pentru sesizarea evenimentului nu au prioritate maximă.The errors for determining the start and end times of the event are even greater than those described above if the microcontroller accepts several types of interrupt, hierarchical, and the interrupts used for notifying the event have no maximum priority.
în cazul metodei numărării implementată pe un microcontroler, prin creșterea frecvenței de tact, durata ciclului mașină descrește, ceea ce conduce la reducerea erorilor datorate întreruperilor. Acest mod de creștere a preciziei are dezavantajul că necesită microcontrolere mai rapide, ceea ce determină creșterea puterii consumate a sistemelor de măsurare.In the case of the counting method implemented on a microcontroller, by increasing the tact frequency, the machine cycle time decreases, which leads to the reduction of errors due to interruptions. This way of increasing the accuracy has the disadvantage that it requires faster microcontrollers, which determines the increase of the consumed power of the measurement systems.
Metoda conversiei timp-tensiune (CTT) are dezavantaje legate de plaja duratelor măsurate. Metoda nu este aplicabilă atunci când plaja de durate de măsurat este mare (de mai multe ordine de mărime) și precizia impusă este de asemenea mare, deoarece duratele mici impun condensatoare de valori mici cu încărcare rapidă, iar duratele mari necesită condensatoare de valori mari, cu încărcare lentă. Metoda conversiei timptensiune necesită și generatoare de curent de mare precizie cu comutare rapidă în circuit, sau rezistori de precizie pentru încărcarea condensatorului.The time-voltage conversion method (CTT) has disadvantages related to the range of the measured durations. The method is not applicable when the range of durations to be measured is large (several orders of magnitude) and the accuracy required is also high, because the short durations require capacitors of small values with fast loading, and the long durations require capacitors of large values, with slow loading. The voltage conversion method also requires high precision current generators with fast circuit switching, or precision resistors for capacitor charging.
Dezavantajul metodei CTT este faptul că nu există posibilitatea măsurării duratelor foarte lungi și foarte scurte cu aceeași precizie folosind o singură valoare a capacității. Astfel, o capacitate de valoare redusă va permite creșterea preciziei de măsurare în detrimentul reducerii, ca urmare a atingerii valorii de încărcare maximă a condensatorului, a intervalului maxim ce poate fi măsurat. Pe de altă parte, creșterea valorii capacității determină creșterea limitei maxime a intervalului măsurabil, dar acest fapt determină reducerea preciziei de măsurare.The disadvantage of the CTT method is that it is not possible to measure very long and very short durations with the same precision using a single value of capacity. Thus, a reduced value capacity will allow the measurement accuracy to be increased at the expense of reducing, as a result of reaching the maximum capacitor charge value, the maximum range that can be measured. On the other hand, increasing the value of the capacity determines the increase of the maximum limit of the measurable interval, but this fact determines the reduction of the measurement accuracy.
Metoda liniilor de întârziere are dezavantaje similare metodei CTT, anume nu este aplicabilă atunci când plaja de durate de măsurat este mare. In plus, metoda are un cost relativ ridicat.The delay line method has disadvantages similar to the CTT method, which is not applicable when the range of lengths to be measured is large. In addition, the method has a relatively high cost.
a - 2 01 1-00157’ V 2 1 02- 2011 (d) Prezentarea problemei tehnice pe care o rezolvă invențiaa - 2 01 1-00157 ' V 2 1 02- 2011 (d) Presentation of the technical problem that the invention solves
Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție este stabilirea unei metode de măsură de precizie a intervalelor de timp care pot ocupa plaje largi de valori, de mai multe ordine de mărime, cu eroare independentă de lungimea intervalului de timp, metodă care să fie adaptată implementării pe microsisteme uzuale și care să compenseze erorile specifice induse de funcționarea acestor microsisteme, în special vâri abilitatea timpilor de latență în răspunsurile la apariția și terminarea intervalului de timp măsurat.The technical problem solved by the present invention is to establish a method for measuring time intervals that can occupy wide ranges of values, of several orders of magnitude, with error independent of the length of the time interval, a method that is adapted to the implementation. on the usual microsystems and to compensate for the specific errors induced by the functioning of these microsystems, especially the ability of the latency times in the responses to the occurrence and the end of the measured time interval.
Metoda prezentată în continuare și exemplele nelimitative de sisteme care implementează această metodă, conform invenției, rezolvă problema tehnică enunțată și înlătură dezavantajele menționate pentru alte metode.The method presented below and the non-limiting examples of systems that implement this method, according to the invention, solves the stated technical problem and removes the disadvantages mentioned for other methods.
(e) Expunerea invenției(e) Exposure of the invention
Metoda de măsurare a timpului propusă este o variantă dc metodă iterativă adaptată la utilizarea de micrositeme uzuale.The proposed time measurement method is a variant of iterative method adapted to the use of common microsystems.
Soluția problemei constă în aceea că se utilizează o metoda de tip iterativ, adaptată conform invenției la utilizarea pe microsisteme, astfel încât erorile produse de variabilitatea timpilor de latență ai microsistemului și de asincronismul dintre eveniment și tactul unui numărător de măsură a timpului să fie simultan minimizate. In acest scop, conform invenției, metoda se implementează pe un microsistem, de exemplu pe un microcontroler, dotat cu converor analog-digital (CAD) sau cu o linie de întârziere, precum și cu un numărător intern. Duratele de timp în care numărătorul nu este activat, datorită funcționării asincrone a acestuia față de impulsul de măsurat, sau datorită timpului de demarare și oprire a proceselor necesare activării și dezactivării numărătorului printr-un proces de întrerupere sau de monitorizare în buclă sunt determinate printr-o metodă de măsură de precizie a timpilor scurți, de exemplu prin metoda conversiei timp-tensiune, astfel încât să se elimine erorile introduse de procesele de întreruperi sau de monitorizare în buclă, iar duratele de timp ale evenimentului în care numărătorul este activat sunt măsurate prin metoda numărării, durata evenimentului fiind calculată pe baza timpilor individuali astfel măsurați.The solution of the problem is that an iterative type method is used, adapted according to the invention to the use on microsystems, so that the errors produced by the variability of the latency times of the microsystem and the asynchronism between the event and the tact of a timer are simultaneously minimized . For this purpose, according to the invention, the method is implemented on a microsystem, for example on a microcontroller, equipped with an analog-digital converter (CAD) or a delay line, as well as with an internal counter. The lengths of time in which the numerator is not activated, due to its asynchronous operation against the measured impulse, or due to the start and stop time of the processes necessary to activate and deactivate the numerator through a process of interruption or monitoring in the loop are determined by a method for measuring the accuracy of the short times, for example by the time-voltage conversion method, so as to eliminate the errors introduced by the interruption or loop monitoring processes, and the time durations of the event in which the counter is activated are measured by counting method, the duration of the event being calculated based on the individual times thus measured.
¢^2011-00157-2 1 -02- ZOII¢ ^ 2011-00157-2 1 -02- ZOII
Maniera hibridă iterativă de măsurare poate fi implementată folosind microcontrolere reduse ca preț, care includ un circuit de eșantionare-memorare și un convertor analogdigital intern sau extern, precum și folosind sisteme ASIC sau FPGA care includ linii de întârziere.The iterative hybrid metering mode can be implemented using low-cost microcontrollers, which include a sample-memory circuit and an internal or external analog-to-digital converter, as well as using ASIC or FPGA systems that include delay lines.
(f) Indicarea posibilității de exploatare industrială(f) Indication of the possibility of industrial exploitation
Metoda și exemplele nelimitative de realizare din prezenta invenție pot fi aplicate, respectiv implementate, folosind circuite digitale existente, inclusiv microsisteme pe bază de microcontroler comercializate curent, precum și alte circuite existente, precum convertoare analog-digital, generatoare de curent comandate și linii de întârziere. Soluția constructivă particulară se poate determina folosind metode de proiectare asistată de calculator curente.The method and non-limiting embodiments of the present invention can be applied or implemented, using existing digital circuits, including currently marketed microcontroller-based microsystems, as well as other existing circuits, such as analog-digital converters, controlled current generators, and delay lines. . The particular constructive solution can be determined using current computer-aided design methods.
(g) Prezentarea avantajelor în raport cu stadiul tehnicii(g) Presentation of the advantages in relation to the state of the art
Metoda de măsură și sistemele de măsură a intervalelor de timp, conform invenției, au următoarele avantaje:The method of measurement and the systems of measurement of time intervals according to the invention have the following advantages:
i) Permit realizări pe microsisteme uzuale, inclusiv în sisteme înglobate (numite și “embedded”), cu cost redus.i) Allow achievements on common microsystems, including embedded systems (also called "embedded"), at low cost.
ii) Asigură o precizie ridicată.ii) Provides high accuracy.
iii) Asigură măsurarea într-o gamă largă de durate.iii) Ensures measurement over a wide range of durations.
(h) Prezentarea figurilor(h) Presentation of the figures
Invenția este prezentată în legătură cu următoarele figuri:The invention is presented in relation to the following figures:
- fig. 1, care reprezintă o diagramă exemplificativă de subintervale de timp în cazul măsurării unui interval de timp prin metoda numărării directe, pentru cazul în care numărătorul este activat și respectiv dezactivat direct de impulsul de măsurat, sau prin intermediul unui circuit de control care poate fi realizat cu un microsistem, precum un microcontroler;FIG. 1, which is an exemplary diagram of time subintervals in the case of measuring a time interval by the direct counting method, in case the counter is activated and respectively deactivated directly by the measuring pulse, or through a control circuit that can be performed with a microsystem, such as a microcontroller;
- fig. 2, care reprezintă principial un exemplu de diagrama de timp de funcționare a unui sistem de măsură cu microcontroler folosit la implementarea metodei de măsură, ί\-2 îl 1 1 - 0 0 1 5 7 -2 1 -02- 2011FIG. 2, which mainly represents an example of the operating time diagram of a microcontroller measurement system used to implement the measurement method, ί \ -2 il 1 1 - 0 0 1 5 7 -2 1 -02-2011
într-un exemplu nelimitativ de realizare, conform invenției, pentru cazul în care o instrucțiune simplă durează un ciclu mașină de 4 perioade de tact, iar timpul de latență al unei întreruperi este de 3 sau de 4 cicli mașină și pentru cazul utilizării combinate a conversiei timp-tensiune și a metodei numărării directe precum și atunci când durata evenimentului este măsurată folosind întreruperi de prioritate maximă.In a non-limiting embodiment according to the invention, if a simple instruction lasts a machine cycle of 4 tact periods, and the latency time of a break is 3 or 4 machine cycles and for the combined use of the conversion time-voltage and of the direct counting method as well as when the duration of the event is measured using maximum priority interruptions.
- fig. 3, care reprezintă principial schema de măsură prin metoda hibridă, conform invenției, pentru cazul utilizării combinate a conversiei timp-tensiune și a celei de numărare directă, când pentru încărcarea capacității (4) se utilizează un generator de curent constant (8).FIG. 3, which mainly represents the measurement scheme by the hybrid method, according to the invention, for the case of the combined use of the time-voltage conversion and the direct counting conversion, when a constant current generator (8) is used for charging the capacity (4).
- fig. 4, care reprezintă principial schema de măsură prin metoda hibridă, conform invenției, pentru cazul utilizării combinate a conversiei timp-tensiune și a celei de numărare directă când încărcarea capacității (4) se realizează printr-o rezistență (7) de la un generator de tensiune (1).FIG. 4, which mainly represents the measurement scheme by the hybrid method, according to the invention, for the case of the combined use of the time-voltage conversion and of the direct counting when the capacity load (4) is realized by a resistor (7) from a generator of voltage (1).
- fig. 5, care prezintă schema bloc a sistemului de măsurare a timpului în cazul în care la intrare se folosește un formator de impulsuri.FIG. 5, which shows the block diagram of the time measurement system where a pulse-forming device is used at the input.
- fig. 6, care reprezintă un exemplu nelimitativ de circuit de formare a impulsurilor dintr-un semnal analogic de intrare, precum și circuitul de conectare la un microsistem dotat cu circuit de eșantionare-memorare format din rezistența (7), comutatorul (2) și capacitatea (4) precum și cu convertor analog-digital (6).FIG. 6, which represents a non-limiting example of an impulse-forming circuit from an analog input signal, as well as the circuit connected to a microsystem equipped with a sampling-memory circuit consisting of the resistor (7), the switch (2) and the capacity ( 4) as well as with analog-to-digital converter (6).
(i) Prezentarea detaliată(i) Detailed presentation
Metoda de măsură conform invenției este descrisă în legătură cu figura 1 și figura 2, în care notațiile sunt următoarele: Eveniment - un impuls binar care apare la intrarea sistemului de măsură la un moment de timp nedefinit, oarecare și care are o durată necunoscută, sau un proces analogic care poate fi caracterizat printr-un asemenea impuls binar; îe - durata evenimentului; Fosc - frecvența de tact a microsistemului folosit în măsurarea duratei evenimentului; Linie execuție instrucțiuni μ(· - reprezentare convențională a unei succesiuni de instrucțiuni executate de microcontroler; în- timp măsurat prin metoda numărării, cu ajutorul numărătorului intern; ceas numărător semnalul ce incrementează numărătorul pe frontul pozitiv; îlh - durata intervalului deThe measurement method according to the invention is described in relation to figure 1 and figure 2, in which the notations are as follows: Event - a binary impulse that appears at the entrance of the measurement system at an indefinite time, some time and has an unknown duration, or an analog process that can be characterized by such a binary impulse; - duration of the event; F osc - the tactile frequency of the microsystem used to measure the duration of the event; Instruction execution line μ (· - conventional representation of a sequence of instructions executed by the microcontroller; time measured by the counting method, with the help of the internal numerator; clock counter the signal that increases the numerator on the positive front; ilh - duration of the interval
C\_- 2 Ο 1 1 - Ο 01 5 7 - 2 1 -02- 2011 timp măsurat prin metoda alternativă de măsură pentru timpi scurți, precum metoda conversiei timp-tensiune, de la începutul evenimentului; tm,- durata intervalului de timp măsurat prin metoda alternativă de măsură, de la sfârșitul evenimentului; tiRI- timpul scurs de la începerea tratării rutinei de întrerupere și momentul pornirii numărătorului; tiR2- timpul scurs de la începerea tratării rutinei de întrerupere și momentul opririi numărătorului.C \ _- 2 Ο 1 1 - Ο 01 5 7 - 2 1 -02- 2011 time measured by the alternative measurement method for short times, such as the time-voltage conversion method, from the beginning of the event; tm, - the duration of the time interval measured by the alternative method of measurement, from the end of the event; ti RI - the time elapsed from the beginning of the treatment of the interrupt routine and the moment of starting the counter; ti R2 - the time elapsed since starting the interrupt routine and the time to stop the counter.
Metoda de măsură conform invenției combină, într-o manieră care ia în considerare erorile care sunt introduse de funcționarea microsistemelor curente, precum cele bazate pe microcontrolere uzuale, inclusiv erorile datorate latențelor și variabilității lor, o metodă de măsură a intervalelor de timp mari, anume metoda numărării directe, cu o metodă alternativă de măsură pentru intervale de timp mici, de mai mare precizie. Anume, metoda de măsură, conform invenției, combină aplicarea unei metode de măsură a timpilor scurți, de exemplu a metodei CTT, pe durata intervalelor tLH și tm. din figura 1, cu aplicarea metodei numărării pe intervale lungi ce au loc între intervalele tui și tm , intervale lungi care nu ar putea fi determinate cu o metodă specifică de măsură pentru timpi scurți. Prin utilizarea metodei de măsură a timpilor scurți se elimină erorile date de asincronismul evenimentului cu numărătorul și de variabilitatea latenței întreruperilor. Aplicarea metodei de măsură a timpilor scurți este facilitată de faptul că pentru duratele tui și îhl se cunoaște valoarea lor maximă.The measurement method according to the invention combines, in a manner that takes into account the errors that are introduced by the operation of current microsystems, such as those based on usual microcontrollers, including errors due to their latencies and variability, a method of measuring large time intervals, namely direct counting method, with an alternative measurement method for smaller, more precise time intervals. Namely, the measurement method according to the invention combines the application of a short time measurement method, for example the CTT method, over the intervals t LH and tm. from figure 1, applying the method of counting on long intervals that take place between the intervals tui and tm, long intervals that could not be determined with a specific method of measurement for short times. By using the method of measuring the short times, the errors given by the asynchrony of the event with the numerator and the variability of the latency of the interruptions are eliminated. The application of the method of measuring the short times is facilitated by the fact that for their duration and their maximum value is known.
în cazul exemplificat în figura 2, metoda alternativă este considerată a fi metoda conversiei timp-tensiune, notațiile fiind conforme cu folosirea acestei metode. Cele două metode de măsură sunt apelate succesiv, astfel încât în intervalele de timp tLn și tm. în care metoda numărării directe este eronat inactivă sau eronat activă, metoda alternativă, de precizie este apelată și efectuează măsurătoarea de timp. în acest mod, sunt determinate trei valori de timp, anume valoarea Tj obținută prin numărarea directă, valoarea T2 obținută prin metoda alternativă, T2 corespunzând valorii măsurate pentru tLii conform figurii 2, precum și valoarea T3 obținută prin metoda alternativă, T3 corespunzând valorii măsurate pentru tHL conform figurii 2. Valorile Tj, T2 și T3 sunt folosite pentru determinarea timpului măsurat pentru evenimentul respectiv conform relației Tm=Ti+T2-T3 Operațiile de memorare a valorilor Tj, T2 și T3 și calculul pentru Tm In the case illustrated in Figure 2, the alternative method is considered to be the time-voltage conversion method, the notations being consistent with the use of this method. The two measurement methods are called successively, so that in time intervals t L n and tm. In which the direct counting method is erroneously inactive or erroneously active, the alternative, precision method is called and performs the time measurement. In this way, three time values are determined, namely the value Tj obtained by direct counting, the value T 2 obtained by the alternative method, T 2 corresponding to the measured value for t L ii according to figure 2, as well as the value T 3 obtained by the alternative method, T 3 corresponding to the measured value for t H L according to figure 2. The values Tj, T 2 and T 3 are used to determine the time measured for the respective event according to the relation T m = Ti + T 2 -T3 The operations of storing the values Tj, T 2 and T 3 and the calculation for T m
O 1 1 - 0 0 1 5 7 - 2 1 -02- 2011 sunt efectuate de microsistem. Memorarea valorii Ti se face pe durata evenimentului după pornirea numărătorului, restul operațiilor fiind executate după încetarea evenimentului în pauzele dintre evenimentele ale căror durate se măsoară. Detaliile de programare corespunzătoare funcționării descrise mai sus sunt cunoscute inginerilor în domeniu.O 1 1 - 0 0 1 5 7 - 2 1 -02- 2011 are performed by the microsystem. The Ti value is stored during the event after starting the counter, the rest of the operations being performed after the event cease in the pauses between the events whose duration is measured. The programming details corresponding to the operation described above are known to the engineers in the field.
Diagrama de timp corespunzătoare funcționării sistemului de măsură conform acestei variante nelimitative de realizare este prezentată în figura 2. Un ciclu mașină specific microcontrolerului considerat în acest exemplu nelimitativ durează 4 tacte de ceas. Inițierea conversiei precede momentul de pornire și respectiv oprire a numărătorului, iar întârzierile tiR1 și t1R2 se compensează reciproc prin scădere. Eroarea dată de variația latenței întreruperilor pentru exemplul din figura 2, latență care este cuprinsă între 3 și 4 cicli mașină pentru cazul exemplificat în figura 2, este eliminată prin metoda alternativă de măsurare, cu condiția ca instrucțiunile și ordinea lor de executare să fie ca în figura 2, pentru a se asigura compensarea duratelor respective. Instrucțiunile executate și ordinea lor trebuie să fie astfel: inițializarea metodei rapide (alternative) și simultan cerere de întrerupere activate de evenimentul extern; începere efectivă a întreruperii, în care prima instrucțiune executată este startarea numărătorului, iar a doua instrucțiune oprește metoda alternativă; citirea primei valori rezultate din metoda alternativă, TI, precum și memorarea ei; setarea opțiunii de accept a întreruperii pe frontul descrescător al evenimentului; continuarea numărării pe o durată nedefinită, până dincolo de momentul apariției sfârșitului evenimentului, anume până când întreruperea de sesizare a sfârșitului evenimentului devine activă și se execută instrucțiunea de oprire a numărătorului.The time diagram corresponding to the operation of the measurement system according to this non-limiting embodiment is shown in Figure 2. A machine cycle specific to the microcontroller considered in this non-limiting example takes 4 clock tacts. The initiation of the conversion precedes the start and stop time of the counter, respectively, and the delays ti R1 and t 1R2 are mutually compensated by the decrease. The error given by the variation of the interrupt latency for the example in figure 2, the latency that is between 3 and 4 machine cycles for the case exemplified in figure 2, is eliminated by the alternative measurement method, provided that the instructions and their execution order are as in figure 2, to ensure the compensation of the respective durations. The instructions executed and their order must be as follows: initialization of the fast (alternative) method and simultaneously interrupt request activated by the external event; effective start of the interruption, in which the first instruction executed is the start of the numerator, and the second instruction stops the alternative method; reading the first value resulting from the alternative method, TI, as well as storing it; setting the option to accept the interrupt on the descending front of the event; the continuation of counting for an indefinite duration, until beyond the time of the occurrence of the end of the event, that is, until the interruption of notification of the end of the event becomes active and the instruction to stop the counter is executed.
Metoda alternativă reduce la un nivel neglijabil și eroarea de asincronism între tactul de numărare al numărătorului și evenimentul extern, deoarece defazajele respective sunt incluse în intervalele de timp măsurate de metoda alternativă.The alternative method reduces to an negligible level the error of asynchrony between the counting tact of the numerator and the external event, because the respective phases are included in the time intervals measured by the alternative method.
într-o variantă nelimitativă de realizare a sistemului de măsură, conform invenției, se utilizează ca metodă de măsură a timpilor scurți metoda conversiei timp-tensiune, ca în figurile 3, 4 și 5.In a non-limiting embodiment of the measurement system, according to the invention, the time-voltage conversion method is used as the time-voltage conversion method, as in Figures 3, 4 and 5.
într-un caz particular, nelimitativ de realizare, conform invenției, se folosește metoda CTT bazată pe un condensator (4) încărcat printr-o rezistență (7) de către impulsul ce c<- 2 η 1 1 - 0 0 1 5 7 2 1 -02- 2011 reprezintă evenimentul, conform figurii 3. O altă variantă nelimitativă de realizare, ilustrată în figura 4, folosește un generator de curent (8) pentru încărcarea condensatorului (4).In a particular, non-limiting embodiment, according to the invention, the CTT method based on a capacitor (4) is charged through a resistor (7) by the impulse which c <- 2 η 1 1 - 0 0 1 5 7 2 1 -02- 2011 represents the event, according to figure 3. Another non-limiting embodiment, illustrated in figure 4, uses a current generator (8) for charging the capacitor (4).
Condensatorul (4), considerat aici a fi integrat în circuitul de eșantionare-memorare (9) este încărcat de un semnal digital de intrare care se află în starea 1 logic pe toată durata evenimentului și în starea 0 logic în rest. Acest semnal este conectat atât ia pinul de întrerupere al microcontrolerului, cât și la intrarea analogică a circuitului de eșantionare-memorare intern. în momentul în care începe efectiv rutina de tratare a întreruperii, generată de debutul evenimentului, considerat aici a fi produs de formatorul de impulsuri (5), în convertorul (6) începe atât conversia analog-digitală oprind încărcarea condensatorului (4) prin deschiderea comutatorului (2), cât și numărarea impulsurilor generatorului de tact. încărcarea condensatorului, conform variantei de realizare din figura 3 se face de la un generator de tensiune (1). La finalul evenimentului, va avea loc activarea unei alte întreruperi generată de frontul descrescător al semnalului ce descrie evenimentul pentru a realiza o nouă conversie analog-digital și a opri numărarea. Comutatorul (2) este deschis numai pe perioada conversiei analog-digital, iar în rest este închis.The capacitor (4), considered here to be integrated in the sampling-memory circuit (9) is charged by a digital input signal that is in state 1 logically throughout the event and in state 0 logically. This signal is connected both to the interrupt pin of the microcontroller and to the analog input of the internal sampling-memory circuit. When the interrupt treatment routine, generated by the start of the event, considered here to be produced by the pulse trainer (5), begins in the converter (6), the analog-to-digital conversion starts, and stops the capacitor charging (4) by opening the switch. (2), as well as counting the impulses of the tact generator. The capacitor charging according to the embodiment of figure 3 is made from a voltage generator (1). At the end of the event, another interrupt generated by the descending front of the signal describing the event will take place to perform a new analog-digital conversion and stop the counting. The switch (2) is open only during the analog-to-digital conversion period and the rest is closed.
Prezentăm pentru o variantă nelimitativă de realizare elementele principiale ale implementării metodei hibride pe un microcontroler din seria PIC18FXXX. Sistemul de măsură corespunde schemei din figura 6, în care rezistența de încărcare a condensatorului de măsurare (4) este formată din grupul de rezistențe în serie R, și R2. în varianta ilustrată în figura 6 sistemul acceptă la intrare semnale analogice, iar evenimentul constă în încadrarea semnalului de intrare între două valori prestabilite ale amplitudinii.We present for a non-limiting embodiment the main elements of the implementation of the hybrid method on a microcontroller of the PIC18FXXX series. The measurement system corresponds to the scheme of figure 6, in which the load resistance of the measuring capacitor (4) is formed by the group of resistors in series R, and R 2 . In the embodiment illustrated in Figure 6, the system accepts analog signals at the input, and the event consists in framing the input signal between two preset amplitude values.
Pentru acest exemplu nelimitativ de realizare, pseudocodul instrucțiunilor critice pentru precizia măsurătorii care sunt executate în rutina de tratare a întreruperii este:For this non-limiting example, the pseudocode of the critical instructions for the accuracy of the measurement that are performed in the interrupt treatment routine is:
11: pornire conversie AD;11: start AD conversion;
12: selectează pornire sau oprire numărător funcție de front eveniment:12: selects start or stop counters depending on the event front:
front pozitiv - început eveniment front negativ - sfârșit eveniment;positive front - beginning of event negative front - end of event;
c\- 2 Ο 1 1 - ο ο 1 5 7 - 2 1 -02- 2011c \ - 2 Ο 1 1 - ο ο 1 5 7 - 2 1 -02- 2011
13: pornire numărător pentru front pozitiv respectiv oprire numărător pentru front negativ;13: start counter for positive front respectively stop counter for negative front;
14: setare acceptare întrerupere pe frontul negativ / pozitiv;14: setting the interrupt acceptance on the negative / positive front;
15: buclă așteptare finalizare conversie AD;15: waiting loop completion AD conversion;
16: citire și salvare valoarea dată de convertorul AD.16: read and save the value given by the AD converter.
La ambele fronturi ale semnalului ce descriu evenimentul se execută aceleași instrucțiuni II, 12 și 13 care, pentru un exemplul nelimitativ de realizare, necesită un singur ciclu mașină. Alternanța pornirii și respectiv opririi numărătorului se poate asigura și printr-o variabilă auxiliară ce memorează valoarea următoare a registrului de control al numărătorului. Modificarea conținutului variabilei auxiliare în funcție de starea curentă a numărătorului (pornit sau oprit) se realizează în acest caz în secvența de program necritică pentru precizia măsurătorii.At both fronts of the signal describing the event, the same instructions II, 12 and 13 are executed which, for a non-limiting example of realization, require a single machine cycle. The alternation of starting and stopping the numerator respectively can be ensured by an auxiliary variable that memorizes the next value of the numerator control register. The modification of the content of the auxiliary variable according to the current state of the numerator (on or off) is carried out in this case in the non-critical program sequence for the accuracy of the measurement.
Metoda descrisă poate fi folosită numai atunci când durata impulsului măsurat acoperă durata execuției tuturor operațiilor menționate, anume timpul de conversie, durata deservirii întreruperii și durata a cel puțin unui impuls de numărare folosit la incrementarea numărătorului.The described method can be used only when the measured pulse duration covers the duration of all the mentioned operations, namely the conversion time, the duration of the interrupt service and the duration of at least one counting pulse used to increase the counter.
într-un alt exemplu nelimitativ de realizare, conform invenției, descris în legătură cu figura 4 se folosește în cadrul metodei CTT un generator de curent (8) pentru încărcarea condensatorului (4) pe durata măsurătorii.In another non-limiting embodiment, according to the invention, described in connection with Figure 4, a current generator (8) is used in the CTT method for charging the capacitor (4) during the measurement.
Un exemplu de schemă bloc corespunzătoare acestui mod de realizare este ilustrată în figura 5 în care circuitul de eșantionare memorare include condensatorul (4) și comutatorul (2) din figura 3 și 4, iar microsistemul include microcontrolerul (11) care, la rândul lui, include numărătorul și convertorul AD (6).An example of a block diagram corresponding to this embodiment is illustrated in FIG. 5 wherein the memory sampling circuit includes the capacitor (4) and the switch (2) of FIGS. 3 and 4, and the microsystem includes the microcontroller (11) which, in turn, includes AD numerator and converter (6).
într-un alt exemplu nelimitativ de realizare, conform invenției, evenimentul extern este reprezentat de trecerea unui semnal de tip analogic printr-un interval de valori. In acest caz, se folosește circuitul de intrare din figura 6, circuit care constă într-un set de două comparatoare (12) care determină pragurile intervalului de valori analogice prestabilit și dintr-un circuit logic de coincidență (13).In another non-limiting embodiment, according to the invention, the external event is represented by the passing of an analog type signal through a range of values. In this case, the input circuit of Figure 6 is used, a circuit consisting of a set of two comparators (12) which determines the thresholds of the preset analog value range and a logic coincidence circuit (13).
1^-2 0 1 1 - 0 0 1 5 7 -2 1 -02- 20111 ^ -2 0 1 1 - 0 0 1 5 7 -2 1 -02- 2011
într-un exemplu particular, nelimitativ de realizare, ilustrat în figura 6, circuitul de intrare utilizează comparatoare rapide (12) și o poartă logică TTL de tip AND (13) cu răspuns rapid, ce realizează conversia într-un impuls digital a evenimentului analogic determinat de două valori ale amplitudinii. Figura 6 prezintă acest circuit extern de intrare, de tip formator de impuls (5) și circuitul intern microcontrolerului de la intrarea convertorului analog-digital (6), așa cum acest circuit apare de exemplu pentru cazul microcontrolerului PIC18F4480.In a particular, non-limiting embodiment, illustrated in Figure 6, the input circuit uses fast comparators (12) and a fast-response AND (13) TTL logic gate, which performs the digital event conversion of the analog event. determined by two amplitude values. Figure 6 shows this external input circuit, of pulse type (5) and the internal circuit of the microcontroller at the input of the analog-digital converter (6), as this circuit appears for example for the case of the PIC18F4480 microcontroller.
In toate aceste exemple de realizare, durata maximă pe care metoda de măsură a timpilor scurți trebuie să o măsoare este bine determinată și este egală cu suma dintre durata variabilă a latenței întreruperilor, de exemplu 4 cicli mașină, durata unei semiperioade a tactului de incrementare a numărătorului, ultima durată fiind datorată asincronismului dintre acest tact și eveniment și durata instrucțiunilor executate până la pornirea numărătorului. Dacă tactul de incrementare al numărătorului este același cu tactul microsistemului, o durată de cca. 10 cicli mașină este uzual acoperitoare pentru multe dintre microsistemele actuale în aplicarea metodei descrise. Aceste considerente permit proiectarea completă a circuitelor care implementează metoda de măsură a timpilor scurți.In all these embodiments, the maximum duration that the short time measurement method must measure is well determined and is equal to the sum between the variable latency of the interruption latency, for example 4 machine cycles, the duration of a semi-period of the incremental touch increase. of the numerator, the last duration being due to the asynchrony between this tact and event and the duration of the instructions executed until the numerator starts. If the incremental increment of the counter is the same as the increment of the microsystem, a duration of approx. 10 cycles machine is usually a cover for many of the current microsystems in applying the described method. These considerations allow the complete design of circuits that implement the short time measurement method.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201100157A RO127778B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method and system for measuring time intervals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201100157A RO127778B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method and system for measuring time intervals |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO127778A2 true RO127778A2 (en) | 2012-08-30 |
| RO127778A3 RO127778A3 (en) | 2013-04-30 |
| RO127778B1 RO127778B1 (en) | 2013-11-29 |
Family
ID=46724107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201100157A RO127778B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method and system for measuring time intervals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO127778B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220094349A1 (en) * | 2017-07-27 | 2022-03-24 | Diodes Incorporated | Inverse voltage-to-current conversion circuit |
-
2011
- 2011-02-21 RO ROA201100157A patent/RO127778B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220094349A1 (en) * | 2017-07-27 | 2022-03-24 | Diodes Incorporated | Inverse voltage-to-current conversion circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO127778A3 (en) | 2013-04-30 |
| RO127778B1 (en) | 2013-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1981444B (en) | Device for the analog/digital conversion of a measuring voltage | |
| CN108535507B (en) | Computer storage medium for incremental encoder speed measurement | |
| WO2006038468A1 (en) | Phase difference measuring circuit | |
| CN108519521A (en) | Capacitance measurement system, method and apparatus | |
| RU2380715C1 (en) | Counter of electricity losses | |
| RO127778A2 (en) | Method and system for measuring time intervals | |
| KR101096102B1 (en) | Delay time counting circuit and touch sensor with the same | |
| CN110826112B (en) | Method and system for identifying hardware version number | |
| US5325341A (en) | Digital timer apparatus and method | |
| CN102457268B (en) | Implementation method for 32-bit capture register | |
| CN108809299A (en) | signal frequency measuring system | |
| US5357490A (en) | Measuring timer system | |
| CN102163038A (en) | Electronic watch, method of processing the same, and program therefor | |
| JP5787096B2 (en) | Physical quantity measuring device, physical quantity measuring method | |
| CN109936678B (en) | Linear array CCD drive circuit based on CPLD | |
| Teodorescu et al. | Improving time measurement precision in embedded systems with a hybrid measuring method | |
| RU2229138C1 (en) | Meter measuring parameters of harmonic processes | |
| Gh Hulea et al. | Method and system for time intervals measurement | |
| RU2742710C2 (en) | Frequency measuring device | |
| UA127443C2 (en) | DIGITAL FREQUENCY METER | |
| RU1818538C (en) | Method for determination of specific usage of one component of two-component mixture | |
| JP4122128B2 (en) | Edge detection circuit | |
| CN201107253Y (en) | Pulse period measuring circuit | |
| SU873146A1 (en) | Movement parameter meter | |
| JP6374350B2 (en) | Timer synchronization system |