RO127778B1 - Method and system for measuring time intervals - Google Patents
Method and system for measuring time intervals Download PDFInfo
- Publication number
- RO127778B1 RO127778B1 ROA201100157A RO201100157A RO127778B1 RO 127778 B1 RO127778 B1 RO 127778B1 RO A201100157 A ROA201100157 A RO A201100157A RO 201100157 A RO201100157 A RO 201100157A RO 127778 B1 RO127778 B1 RO 127778B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- time
- event
- measuring
- counter
- numerator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)
Abstract
Description
I nvenția se referă la o metodă și la un sistem de măsurare a intervalelor de timp într-o gamă largă de valori, care este adaptată implementării pe microsisteme uzuale.The invention relates to a method and a system for measuring time intervals in a wide range of values, which is adapted to the implementation on common microsystems.
Sunt cunoscute mai multe metode de măsurare 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: “MeasurementTechniques’’, Volumul 23, nr. 7, publicat în octombrie 2007, Ya. Mints, V. N. Chinkov, articolul “Accuracy of Time Interval Measurement by Puise Counting”, pp. 603-606, “MeasurementTechniques’’, Volumul 36, nr. 12, publicat în 1993, O. N. Muzyehenko, articolul Time and Frequency Measurements Improvingthe Accuracy of Time Interval Measurements by Puise Counting”, pp. 1358-1362.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. Some methods for improving the accuracy of measuring time intervals using the counting method are presented in the papers: “MeasurementTechniques”, Volume 23, no. 7, published in October 2007, Ya. Mints, V. N. Chinkov, Article "Accuracy of Time Interval Measurement by Puise Counting", pp. 603-606, "MeasurementTechniques", Volume 36, no. 12, published in 1993, O. N. Muzyehenko, the article Time and Frequency Measurements Improvingthe Accuracy of Time Interval Measurements by Puise Counting ”, pp. 1358-1362.
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 brevetele de invenție US 7460441 (B2), publicaț ia 2.12.2008 și US 7330803 (B2), publicat la 12.02.2008 și cererile de brevet de invenție WO 9713198 (A1), publicată la 10.04.1997, US 20080169826 (A1), publicată la 17.07.2008 și US 3983481, publicată la 28.09.1976. Metoda conversiei timp-tensiune constă în conversia timpului în amplitudine (tensiune), urmată de conversia analog-digitală. Principiul de măsurare 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 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. în 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 patents US 7460441 (B2), published 2.12.2008 and US 7330803 (B2), published on 12.02.2008 and patent applications WO 9713198 (A1), published on 10.04.1997 , US 20080169826 (A1), published on 17.07.2008 and US 3983481, published on 28.09.1976. 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 consists in charging a precision capacitor at a known current throughout the external event that can be delimited by a digital signal generated, for example, by a monostable circuit. At the end of the interval, the potential corresponding to the charge accumulated in the capacitor is measured using an analog-digital converter (CAD). Because the voltage on the capacitor is proportional to its charge time, the value read by the analog-digital converter allows the duration of the event to be determined. Another approach to this method of implementing the CTT method is using a fixed voltage source that achieves capacitor charging through a resistor during the measurement event. In this case, the time can be extracted from the analog-to-digital conversion result by reversing the exponential charge law of the capacitor.
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 Application Note AN1016, MicrochipTechnology Inc, K. Blake, S. Bible, “Detecting Small CapacitiveSensors Usingthe MCP6291 and PIC16F690 Devices”, publicată în 2005.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 time intervals was introduced in the paper Application Note AN1016, MicrochipTechnology Inc., K. Blake, S. Bible, "Detecting Small CapacitiveSensors Usingthe MCP6291 and PIC16F690 Devices", published in 2005.
Metoda Vernier în diverse variante este cunoscută din cererile de brevet de invenție WO 03081266 (A1), publicată la 02.10.2003, US 2003006750, publicată la 09.01.2003, CA 2379071 (A1), publicată la 26.09.2002, US 4908784, publicată la 13.03.1990. Metoda folosește doi oscilatori cu frecvența diferită și determină, pe de o parte, prin numărareThe Vernier method in various embodiments is known from patent applications WO 03081266 (A1), published on 02.10.2003, US 2003006750, published on 09.01.2003, CA 2379071 (A1), published on 26.09.2002, US 4908784, published on 13.03.1990. The method uses two oscillators with different frequency and determines, on the one hand, by counting
RO 127778 Β1 directă, numărul de perioade întregi ale unuia dintre oscilatori în intervalul dat și numărul de 1 perioade ale celui de-al doilea, diferența dintre aceste numere determinând fracțiunea de interval de perioadă de tact rămasă nemăsurată pe baza primului oscilator. Dezavantajul 3 metodei este costul și precizia relativ limitată a măsurării fracțiunii de interval.RO 127778 Β1 direct, the number of whole periods of one of the oscillators in the given interval and the number of 1 periods of the second, the difference between these numbers determining the fraction of interval of tact period left unmeasured on the basis of the first oscillator. The disadvantage of method 3 is the relatively limited cost and accuracy of measuring the interval fraction.
Metoda liniilor de întârziere care se regăsește în cererile de brevet US 2010231437 5 •(Al), publicată la 16.09.2010, US 2003197498 (A1), publicată la 23.10.2003, US 2002131035 (Al), publicată la 19.09.2002, folosește linii de întârziere cu întârzieri 7 cunoscute, dar diferite, prin care impulsul ce reprezintă evenimentul se propagă în paralel.The method of delay lines found in patent applications US 2010231437 5 • (Al), published on 16.09.2010, US 2003197498 (A1), published on 23.10.2003, US 2002131035 (Al), published on 19.09.2002, uses Delay lines with delays 7 known, but different, through which the impulse representing the event propagates in parallel.
Prin această metodă, se determină coincidențele impulsului la ieșire, pe diversele linii de 9 întârziere paralele, astfel rezultând indirect durata evenimentului.By this method, the coincidences of the output pulse are determined, on the various 9 parallel delay lines, thus indirectly resulting in the duration of the event.
Metoda interpolativă, numită și metoda Nutt, combină o metodă de măsurare a 11 intervalelor scurte de timp cu o metodă de măsurarea intervalelor lungi de timp. Metoda este descrisă în cererea de brevet de invenție GB 1487780 (A), publicată la 05.10.1977. 13The interpolative method, also called the Nutt method, combines a method of measuring 11 short time intervals with a method of measuring long time intervals. The method is described in patent application GB 1487780 (A), published on 05.10.1977. 13
Aceste metode au mai multe dezavantaje, cele mai importante dintre dezavantaje fiind enumerate în continuare. 15These methods have several disadvantages, the most important of which are listed below. 15
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 17 nerealizabilă sau greu realizabilă și costisitoare pentru intervale de timp foarte scurte, sub 10 ns, iar atunci când metoda se implementează cu ajutorul unor microsisteme uzuale, de 19 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 17 unattainable or difficult to achieve and expensive for very short time intervals, below 10 ns, and when the method is implemented with the usual microsystems, of 19 microcontrollers, the accuracy of less than 1 microsecond is difficult to obtain.
Alte dezavantaje ale metodei numărării directe apar atunci când aceasta se 21 implementează folosind microcontrolere sau alte microsisteme care utilizează procedee de întreruperi sau utilizează monitorizarea în buclă pentru a răspunde la detecția începutului și 23 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 25 întreruperilor. Datorită acestei latențe care afectează pornirea numărătorului, numărarea întotdeauna este întârziată în mod semnificativ în cazul sistemelor de măsurare bazate pe 27 microcontrolere, în cazul metodei numărării directe. în mod similar, există o întârziere a momentului opririi numărării, ce are loc după sfârșitul evenimentului. De exemplu, folosind 29 un microcontroler condus de un quarț de 40 MHz. pentru care durata de execuție a unei instrucțiuni cu durata de un ciclu mașină necesită 4 tacte, eroarea maximă corespunzătoare 31 este de 500 ns. Aceste întârzieri nu pot fi total eliminate prin calcul deoarece latența întreruperilor are o variabilitate aleatoare datorită asincroriismului dintre evenimentul intern 33 și ciclurile mașină ale procesorului. Prin urmare, datorită incertitudinii duratei latenței întreruperilor, la orice procesor apar întârzieri variabile, cu o variație de un ciclu mașină sau 35 mai multși care consituie o cauză de eroare. Eroarea însumează variația de un ciclu mașină a timpului de răspuns al microcontrolerului la întreruperea externă pentru începutul 37 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 39 microcontroler cu incertitudine a latenței întreruperii de un ciclu mașină este de doi cicli mașină. Aceasta corespunde, de exemplu pentru un microcontroler cu generator de tact de 41 40 MHz și cu ciclu mașină de 4 tacte, la o eroare de 200 ns.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 23 end of the event. A microcontroller requires a certain amount of time to begin processing a interrupt routine when the external request occurs, while the latency of the interrupts is called 25. Due to this latency affecting the startup of the counter, the counting is always significantly delayed in the case of measurement systems based on 27 microcontrollers, in the case of the direct counting method. Similarly, there is a delay in the moment of stopping the counting, which occurs after the end of the event. For example, using 29 a microcontroller driven by a 40 MHz quartz. for which the execution time of an instruction with the duration of a machine cycle requires 4 touches, the corresponding maximum error 31 is 500 ns. These delays cannot be completely eliminated by calculation because the latency of the interrupts has a random variability due to the asynchrony between the internal event 33 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 machine cycle or 35 more which is a cause of error. The error summates the variation of a machine cycle of the response time of the microcontroller to the external interruption for the beginning of the event 37 and the variation of a machine cycle upon noticing the end of the event. Therefore, the best accuracy that can be obtained using this method on a 39 microcontroller with uncertainty of the latency of one machine cycle interruption is two machine cycles. This corresponds, for example, to a microcontroller with a 41 40 MHz tact generator and a 4-touch machine cycle, at a 200 ns error.
Erorile de determinare a momentelor de început și sfârșit ale evenimentului sunt și 43 mai mari decât cele descrise mai sus în cazul în care microcontrolerul acceptă mai multe tipuri de întrerupere, ierarhizate, iar întreruperile folosite pentru sesizarea evenimentului nu 45 au prioritate maximă.The errors for determining the start and end times of the event are also 43 higher than those described above if the microcontroller accepts several types of interruptions, hierarchical, and the interrupts used for reporting the event do not have the highest priority.
RO 127778 Β1 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.EN 127778 Β1 in the case of the counting method implemented on a microcontroller, by increasing the frequency of tact, 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 timp-tensiune 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 time-voltage conversion method also requires high precision current generators with fast circuit switching, or precision capacitors for charging the capacitor.
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.
Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție este măsurarea 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 și compensarea erorilor specifice induse de funcționarea microsistemelor.The technical problem solved by the present invention is the precise measurement of the time intervals that can occupy wide ranges of values, of several orders of magnitude, with error independent of the length of the time interval and the compensation of the specific errors induced by the functioning of the 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 variabil itatea timpilor de latență ai microsistemului și de asincronismul dintre eveniment și tactul unui numărător de măsurare a timpului să fie simultan minimizate. în 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 măsurare 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 acti vat sunt măsurate prin metoda numărării, durata evenimentului fiind calculată pe baza timpilor individuali astfel măsurați.The solution of the problem consists in the fact 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 time measuring counter are simultaneous. 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 with 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 the counting method, the duration of the event being calculated based on the individual times thus measured.
Maniera hibridă iterativă de măsurare poate fi implementată folosind microcontrolere reduse ca preț, care includ un circuit de eșantionare-memorare și un convertor analog-digital 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-digital converter, as well as using ASIC or FPGA systems that include delay lines.
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 the non-limiting embodiments of the present invention can be applied, respectively, 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 power lines. delay. The particular constructive solution can be determined using current computer-aided design methods.
RO 127778 Β1RO 127778 Β1
Metoda de măsurare și sistemele de măsurare a intervalelor de timp, conform 1 invenției, au următoarele avantaje:The method of measurement and the systems of measurement of the time intervals, according to 1 invention, have the following advantages:
i) Permit realizări pe microsisteme uzuale, inclusiv în sisteme înglobate (numite 3 și embedded), cu cost redus.i) Allow achievements on common microsystems, including embedded systems (called 3 and embedded), at a low cost.
ii) Asigură o precizie ridicată. 5 iii) Asigură măsurarea într-o gamă largă de durate.ii) Provides high accuracy. 5 iii) Ensures measurement over a wide range of durations.
Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figurile 7 explicative, care reprezintă:The following is an example of embodiment of the invention in relation to the explanatory figures 7, which represents:
- fig. 1, o diagramă exemplificativă de subintervale de timp în cazul măsurării unui 9 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 11 control care poate fi realizat cu un microsistem precum un microcontroler;FIG. 1, an exemplary diagram of time subintervals when measuring a 9 time interval by the direct counting method, in case the counter is activated and deactivated directly by the measuring pulse or via a control circuit 11 which can be made with a microsystem like a microcontroller;
- fig. 2, un exemplu de diagramă de timp de funcționare a unui sistem de măsurare 13 cu microcontroler folosit la implementarea metodei de măsurare, într-un exemplu nelimitativ de realizare, conform invenției, pentru cazul în care o instrucțiune simplă durează un ciclu 15 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 17 directe, precum și atunci când durata evenimentului este măsurată folosind întreruperi de prioritate maximă; 19FIG. 2, an example of the operating time diagram of a measuring system 13 with microcontroller used in the implementation of the measurement method, 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 an interruption is 3 or 4 cycles machine and for the case of the combined use of time-voltage conversion and the direct counting method 17, as well as when the duration of the event is measured using maximum priority interruptions; 19
- fig. 3, schema de măsurare prin metoda hibridă, conform invenției, pentru cazul utilizării combinate a conversiei timp-tensiune și a celei de numărare directă, când pentru 21 încărcarea capacității (4) se utilizează un generator de curent constant (8);FIG. 3, the measurement method by the hybrid method according to the invention, for the case of the combined use of the time-voltage conversion and the direct counting, when for the 21 charging capacity (4) a constant current generator (8) is used;
- fig. 4, schema de măsurare prin metoda hibridă, conform invenției, pentru cazul 23 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);25FIG. 4, the measurement method by the hybrid method, according to the invention, for the case 23 of the combined use of the time-voltage conversion and the direct counting conversion, when the capacity loading (4) is realized by a resistor (7) from a voltage generator (1), 25
- fig. 5, schema bloc a sistemului de măsurare a timpului, în cazul în care la intrare se folosește un formator de impulsuri;27FIG. 5, the block diagram of the time measurement system, if an impulse trainer is used at the input;
- fig, 6, exemplu nelimitativ de circuit de formare a impuisurilor dintr-un semnal analogic de intrare, precum și circuitul de conectare la un microsistem dotat cu circuit de 29 eșantionare-memorare format din rezistența (7), comutatorul (2) și capacitatea (4) precum și cu convertor analog-digital (6).31- Fig. 6, a non-limiting example of a pulse formation circuit from an analog input signal, as well as the connection circuit to a microsystem equipped with a 29 sampling-memory circuit consisting of the resistor (7), the switch (2) and the capacitance (4) as well as with analog-to-digital converter (6) .31
Metoda de măsurare conform invenției este descrisă în legătură cu fig. 1 și 2, în care notațiile sunt următoarele: Eveniment - un impuls binar care apare la intrarea sistemului de 33 măsurare 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; tE - durata 35 evenimentului; Fosc - frecvența de tact a microsistemului folosit în măsurarea duratei evenimentului; linie execuție instrucțiuni pC - reprezentare convențională a unei succesiuni 37 de instrucțiuni executate de microcontroler; tN - timp măsurat prin metoda numărării cu ajutorul numărătorului intern; numărător de timp - semnalul ce incrementează numărătorul 39 pe frontul pozitiv; tLH - durata intervalului de timp măsurat prin metoda alternativă de măsurare pentru timpi scurți, precum metoda conversiei timp-tensiune, de la începutul 41 evenimentului; tHL- durata intervalului de timp măsurat prin metoda alternativă de măsurare, de la sfârșitul evenimentului; tlR1 - timpul scurs de la începerea tratării rutinei de întrerupere 43 și momentul pornirii numărătorului; t,R2 - timpul scurs de la începerea tratării rutinei de întrerupere și momentul opririi numărătorului. 45The measurement method according to the invention is described in connection with FIG. 1 and 2, in which the notations are the following: Event - a binary impulse that appears at the entrance of the system of measurement at an indefinite time, some having an unknown duration, or an analogical process that can be characterized by such binary impulse; t E - duration of the event 35; F osc - the tactile frequency of the microsystem used to measure the duration of the event; execution line pC instructions - conventional representation of a succession 37 instructions executed by the microcontroller; t N - time measured by the counting method using the internal numerator; time counter - the signal that increases the counter 39 on the positive front; t LH - the duration of the time interval measured by the alternative short-term measurement method, such as the time-voltage conversion method, from the beginning of the event 41; t HL - the duration of the time interval measured by the alternative measurement method, from the end of the event; t lR1 - the time elapsed since starting the interrupt routine 43 and the moment of starting the counter; t, R2 - the time elapsed since the start of the interrupt routine treatment and the moment of stopping the counter. 45
Metoda de măsurare conform invenției combină într-o manieră care ia în considerare erorile care sunt introduse de funcționarea microsistemelor curente, precum cele bazate pe 47 microcontrolere uzuale, inclusiv erorile datorate latențelor șl variabilitățîi lor, o metodă deThe measurement method according to the invention combines in a manner that takes into account the errors that are introduced by the operation of the current microsystems, such as those based on 47 common microcontrollers, including errors due to latencies and their variability, a method of
RO 127778 Β1 măsurare a intervalelor de timp mari, anume metoda numărării directe, cu o metodă alternativă de măsurare pentru intervale de timp mici, de mai mare precizie. Anume, metoda de măsurare, conform invenției, combină aplicarea unei metode de măsurare a timpilor scurți, de exemplu a metodei CTT, pe durata intervalelor tLH și tHL din fig. 1, cu aplicarea metodei numărării pe intervale lungi ce au loc între intervalele tLH și tHL, intervale lungi care nu ar putea fi determinate cu o metodă specifică de măsurare pentru timpi scurți. Prin utilizarea metodei de măsurare a timpilor scurți se elimină erorile date de asincronismul evenimentului cu numărătorul și de variabilitatea latenței întreruperilor. Aplicarea metodei de măsurare a timpilor scurți este facilitată de faptul că pentru duratele tLH și tHL se cunoaște valoarea lor maximă.EN 127778 Β1 measurement of large time intervals, namely the 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, during the intervals t LH and t HL of FIG. 1, with the application of the method of counting on long intervals that take place between the intervals t LH and t HL , long intervals that could not be determined with a specific method of measuring for short times. By using the method of measuring the short times, the errors given by the asynchronism of the event with the numerator and the variability of the interruption latency are eliminated. The application of the short time measurement method is facilitated by the fact that for their duration t LH and t HL their maximum value is known.
în cazul exemplificat în fig. 2, metoda alternativă este considerată a fi metoda conversiei timp-tensiune, notațiile fiind conforme cu folosirea acestei metode. Cele două metode de măsurare sunt apelate succesiv, astfel încât în intervalele de timp tLH și ¢, 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 T1 obținută prin numărarea directă, valoarea T2 obținută prin metoda alternativă, T2 corespunzând valorii măsurate pentru tLH conform fig. 2, precum și valoarea T3 obținută prin metoda alternativă, T3 corespunzând valorii măsurate pentru tHL conform fig. 2. Valorile T1: T2 și T3 sunt folosite pentru determinarea timpului măsurat pentru evenimentul respectiv conform relației Tm = + T2 - T3 Operațiile de memorare a valorilorIn the case exemplified in FIG. 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 the time intervals t LH and ¢, where 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 T 1 value obtained by direct counting, the T 2 value obtained by the alternative method, T 2 corresponding to the measured value for t LH according to fig. 2, as well as the value T 3 obtained by the alternative method, T 3 corresponding to the measured value for t HL according to fig. 2. The values T 1: T 2 and T 3 are used to determine the time measured for the respective event according to the relation T m = + T 2 - T 3 The operations of storing the values
Ț, T2 și T3 și calculul pentru Tm sunt efectuate de microsistem. Memorarea valorii T, 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.Ț, T 2 and T 3 and the calculation for T m are performed by the microsystem. The value of T is stored during the event after starting the numerator, the rest of the operations being performed after the event cessation, in the breaks between 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 măsurare conform acestei variante nelimitative de realizare este prezentată în fig. 2. Un ciclu mașină specific microcontrolerului considerat în acest exemplu nelimitativ durează 4 tacte de ceas. I nițierea conversiei precede momentul de pornire și, respectiv, oprire a numărătorului, iar întârzierile Îjri Și t,R2 se compensează reciproc prin scădere· Eroarea dată de variația latenței întreruperilor pentru exemplul din fig. 2, latență care este cuprinsă între 3 și 4 cicli mașină pentru cazul exemplificat în fig. 2, este eliminată prin metoda alternativă de măsurare, cu condiția ca instrucțiunile și ordinea lor de executare să fie ca în fig. 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; începereefectivă a întreruperii, în care prima instrucțiune executată este startarea numărătorului, iar a doua instrucțiune oprește metoda alternativă; citirea primei valori rezultate din metoda alternativă, T1, 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 FIG. 2. A machine cycle specific to the microcontroller considered in this non-limiting example lasts 4 clock ticks. I niţierea preceding the start time conversion, respectively, stopping the counter, and the delays Îjri and t, each R 2 is compensated by the variation of the decrease in the latency time error · interruptions to the example of Fig. 2, latency which is between 3 and 4 machine cycles for the case exemplified in fig. 2, is eliminated by the alternative method of measurement, provided that the instructions and their execution order are as in fig. 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, T1, 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 măsurare, conform invenției, se utilizează ca metodă de măsurare a timpilor scurți metoda conversiei timp-tensiune, ca în fig. 3, 4 și 5.In a non-limiting embodiment of the measurement system, according to the invention, the method of short-time conversion is used as the time-voltage conversion method, as in FIG. 3, 4 and 5.
RO 127778 Β1 într-un caz particular, nelimitativ de realizare, conform invenției, se folosește metoda 1In a particular, non-limiting embodiment, according to the invention, method 1 is used.
CTT bazată pe un condensator 4 încărcat printr-o rezistență 7 de către impulsul ce reprezintă evenimentul, conform fig. 3. O altă variantă nelimitativă de realizare, ilustrată în fig. 4, 3 folosește un generator de curent 8 pentru încărcarea condensatorului 4.CTT based on a capacitor 4 charged through a resistor 7 by the pulse representing the event, according to FIG. 3. Another non-limiting embodiment, illustrated in FIG. 4, 3 uses a current generator 8 to charge the capacitor 4.
Condensatorul 4, considerat aici a fi integrat în circuitul de eșantionare-memorare 9 5 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 la pinul de 7 întrerupere al microcontrolerului, cât și la intrarea analogică a circuitului de eșantionarememorare intern.în momentul în care începe efectiv rutina de tratare a întreruperii, generată 9 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 11 deschiderea comutatorului 2, cât și numărarea impulsurilor generatorului de tact. încărcarea condensatorului, conform variantei de realizare din fig. 3, se face de la un generator de 13 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 15 analog-digital și a opri numărarea. Comutatorul 2 este deschis numai pe perioada conversiei analog-digital, iar în rest este închis. 17The capacitor 4, considered here to be integrated in the sampling-memory circuit 9 5 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 7 interrupt pin of the microcontroller and to the analog input of the internal sampling circuit. When the interrupt treatment routine starts, generated 9 by the beginning of the event, considered here to be produced by the trainer. pulses 5, in converter 6 both the analog-to-digital conversion begins by switching off the capacitor 4 through 11 opening the switch 2 and counting the pulses of the tact generator. according to the embodiment of FIG. 3, it is made from a 13 voltage generator 1. At the end of the event, another interrupt generated by the decreasing front of the signal describing the event will take place to perform a new analog-digital conversion 15 and stop the counting. Switch 2 is open only during the analog-to-digital conversion period, and the rest is closed. 17
Prezentăm pentru o variantă nelimitativă de realizare elementele principiale ale implementării metodei hibride pe un microcontroler din seria PIC18FXXX. Sistemul de 19 măsurare corespunde schemei din fig. 6, în care rezistența de încărcare a condensatorului de măsurare 4 este formată din grupul de rezistențe în serie Rj și R2 - în varianta ilustrată 21 în fig. 6, sistemul acceptă la intrare semnale analogice, iar evenimentul constă în încadrarea semnalului de intrare între două valori prestabilite ale amplitudinii. 23We present for a non-limiting embodiment the main elements of the implementation of the hybrid method on a microcontroller of the PIC18FXXX series. The measuring system 19 corresponds to the diagram in fig. 6, wherein the charging resistor of the measuring capacitor 4 is formed by the group of resistors in series Rj and R 2 - in the variant illustrated 21 in fig. 6, the system accepts analog signals at the input, and the event consists in framing the input signal between two preset amplitude values. 2. 3
Pentru acest exemplu nelimitativ de realizare, pseudocodul instrucțiunilor critice pentru precizia măsurătorii care sunt executate în rutina de tratare a întreruperii este; 25For this non-limiting example of realization, the pseudocode of critical instructions for the accuracy of the measurement that are performed in the interrupt treatment routine is; 25
11: pornire conversie AD;11: start AD conversion;
I2: selectează pornire sau oprire numărător funcție de front eveniment: front pozitiv 27 - început eveniment front negativ - sfârșit eveniment;I2: selects start or stop numerator depending on event front: positive front 27 - negative event start - end event;
I3: pornire numărător pentru front pozitiv, respectiv, oprire numărător pentru front 29 negativ;I3: start counter for positive front, respectively, stop counter for negative front 29;
14: setare acceptare întrerupere pe frontul negativ / pozitiv; 3114: setting the interrupt acceptance on the negative / positive front; 31
I5: buclă așteptare finalizare conversie AD;I5: waiting loop completion AD conversion;
I6: citire și salvare valoarea dată de convertorul AD. 33I6: read and save the value given by the AD converter. 33
La ambele fronturi ale semnalului ce descriu evenimentul se execută aceleași instrucțiuni 11, I2 și I3 care, pentru un exemplul nelimitativ de realizare, necesită un singur 35 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 37 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 39 pentru precizia măsurătorii.At both fronts of the signal describing the event, the same instructions 11, I2 and I3 are executed which, for a non-limiting example of realization, require a single 35 cycle machine. The alternation of starting and stopping the counter, respectively, can be ensured by an auxiliary variable that memorizes the next value of the control register of the 37 counter. 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 39 for the accuracy of the measurement.
Metoda descrisă poate fi folosită numai atunci când durata impulsului măsurat 41 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 43 numărătorului.The method described can be used only when the duration of the measured pulse 41 covers the duration of the execution of all said operations, namely the conversion time, the duration of the interruption service and the duration of at least one counting pulse used to increase the counter 43.
într-un alt exemplu nelimitativ de realizare, conform invenției, descris în legătură cu 45 fig. 4, se folosește în cadrul metodei CTT un generator de curent 8 pentru încărcarea condensatorului 4 pe durata măsurătorii. 47In another non-limiting embodiment, according to the invention, described in connection with FIG. 4, a current generator 8 is used in the CTT method to charge capacitor 4 during the measurement. 47
RO 127778 Β1RO 127778 Β1
Un exemplu de schemă bloc corespunzătoare acestui mod de realizare este ilustrată în fig. 5, în care circuitul de eșantionare memorare include condensatorul 4 și comutatorul din fig. 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 storage sampling circuit includes the capacitor 4 and the switch in FIG. 3 and 4, and the microsystem includes microcontroller 11 which, in turn, includes the numerator and converter AD 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. în acest caz, se folosește circuitul de intrare din fig. 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 FIG. 6, a circuit consisting of a set of two comparators 12 which determines the thresholds of the predetermined analogue value range and a coincident logic circuit 13.
într-un exemplu particular, nelimitativ de realizare, ilustrat în fig. 6, circuitul de intrare utilizează comparatoare rapide 12 și o poartă logică TTL de tip AN D 13 cu răspuns rapid, ce realizează convers ia într-un impuls digital a evenimentului analogic determinat de două valori ale amplitudinii. Fig. 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 FIG. 6, the input circuit uses fast comparators 12 and a TTL logic gate type AN D 13 with rapid response, which performs the conversion into a digital pulse of the analog event determined by two amplitude values. Fig. 6 shows this external input circuit, of pulse type 5 and the internal circuit of the microcontroller from the input of the analog-digital converter 6, as this circuit appears for example for the case of the microcontroller PIC18F4480.
în toate aceste exemple de realizare, durata maximă pe care metoda de măsurare a timpilor scurți trebuie să o măsoare este bine determinată și este egală cu suma dintre durata variabilă a latenței întreruperilor, de exemplu 4cicli mașină, durata unei semiperioade a tactului de incrementare a numărătorului, ultima duratăfiind 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 circa 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 măsurare a timpilor scurți.In all these embodiments, the maximum duration that the short time measurement method has to measure is well determined and is equal to the sum of the variable latency of the interruption latency, for example 4 machine cycles, the duration of a semi-period of the numerator increment tact. , 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 about 10 machine cycles is usually coverage for many of the current microsystems in applying the described method. These considerations allow the complete design of the 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 RO127778A2 (en) | 2012-08-30 |
RO127778A3 RO127778A3 (en) | 2013-04-30 |
RO127778B1 true 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) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11228306B2 (en) * | 2017-07-27 | 2022-01-18 | Diodes Incorporated | Power switch over-power protection |
-
2011
- 2011-02-21 RO ROA201100157A patent/RO127778B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RO127778A2 (en) | 2012-08-30 |
RO127778A3 (en) | 2013-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102073268B (en) | High-precision pulse time interval measurement circuit | |
CN108535507B (en) | Computer storage medium for incremental encoder speed measurement | |
US20230003781A1 (en) | Apparatus, method, system and medium for measuring pulse signal width | |
CN101976037A (en) | Method and device for measuring time intervals of repeated synchronous interpolation simulation | |
CN103199870A (en) | Quick positioning device for trigger point | |
US8228763B2 (en) | Method and device for measuring time intervals | |
US9568889B1 (en) | Time to digital converter with high resolution | |
US20120197570A1 (en) | Measurement of Parameters Within an Integrated Circuit Chip Using a Nano-Probe | |
CN108519521A (en) | Capacitance measurement system, method and apparatus | |
CN205333219U (en) | Multichannel temperature measuring circuit based on quartz crystal temperature sensor | |
RO127778B1 (en) | Method and system for measuring time intervals | |
CN100520419C (en) | Improved frequency determination | |
CN103675383B (en) | A kind of circuit measuring waveform | |
KR101096102B1 (en) | Delay time counting circuit and touch sensor with the same | |
CN102457268B (en) | Implementation method for 32-bit capture register | |
CN111769822A (en) | Frequency measuring device | |
CN108809299A (en) | signal frequency measuring system | |
CN102721861A (en) | Alternating current power measurement method | |
JP5787096B2 (en) | Physical quantity measuring device, physical quantity measuring method | |
US20030193843A1 (en) | Method for high resolution measurement of a position | |
Teodorescu et al. | Improving time measurement precision in embedded systems with a hybrid measuring method | |
CN104569582B (en) | A kind of method and FPGA circuitry for being used to realize that frequency measures | |
RU2229138C1 (en) | Meter measuring parameters of harmonic processes | |
Gh. Hulea et al. | Method and system for time intervals measurement | |
RU2565813C1 (en) | Microcontroller-based converter of resistance, capacitance and voltage into binary code |