SU1051499A1 - Цифровой измеритель временных интервалов с весовым усреднением - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике и может быть использованЬ при построении высоко точных измерителей интервалов време ни, цифровых фазометров и частотомеров . Известно устройство, содержащее формирователь временных интервалов генератор образцовой частоты, элемент И и счетчик импульсов ij Недостатком данного устройства  вл етс  низ-ка . точность измерени  так как среднеинтегральна  оценка., используема  вэтом измерителе,- не позвол ет использовать всю полноту информации в измер емой величине, следовательно, обладает малой точностью и помехоустойчивостью. Наиболее -близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  цифровой измеритель временных интер валов с весовым усреднением, содер жащий генератор образцовой частоты формирователь временных иктервалов элемент И, накапливающий сумматор, счетчик, делитель частоты, блок уста-новки коэффициента делени , блок управлени , в котором вход устройства через формирователь временных интервалов соединен с входом блока управлени , первый выход кото рого подключен к входу блока установки коэффициента делени , выходр которого соединены с входами установки делител  частоты, вход делите частоты соединен с выходом гамерато ра образцовой частоты, а выход с первым входом элемента И, второй вход элемента И соединен с вторым выходом блока управлени , а выход .подключен к входу сброса счатчика, второй вход которого подключен к третьему выходу блока управлени , информационный выход счетчика соединен с И}зформационным входом накап ливающего сумматора, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока управлени . Под действием Т.(I .измер емого временного интервала с выхода формировател  временных интервалов блок управлени  открывает элемент И и с помощью блока установки коэффиц ента делени  устанавливает соответствукзщий К; коэффициент пересчета де тел  частоты, импульсы генератора образцовой частоты fg ,, поделенные на f поступа.ют через элемент И на счетный вход счетчика, после око чани  интервала число, накоплен ное в счетчике, переноситс  в накап ливающий .сумматор, а сам счетчик об нул етс  сигналом с выхода блока управлени  2j , . Недостатком данного устройства  вл ютс  малый диапазон измер емых временных ийтервалов, так как минимальна  длительность входного сигна определ етс  минимальной частотой следовани  импульсов на выходе делител  частоты, а также сравнительно. . низка  точность измерени , обуслов .ленна  погрешностью установки дробных весовых коэффициентов, Цель изобретени  - расширение )азона измер емьлх временных интервалов и повышение точности изме рени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель временных интервалов с весовым усреднением, содержащий генератор образцовой частоты , счетчик, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, формирователь временных интервалов и накапливающий су1 лматор, дополнительно введены регистр, формирователь кода веса,, Э7 емект ИЛИ и кодовый компаратор , вход KOioporo подключен к выходу счетчика и к входу формировател  кода веса, выход которого соеЬинен с информационным входом регистра , зход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход hOToporo соединен с выходом кодового компаратора и первым входом элемента И, а второй вход элемента ИЛИ подключен к первому выходу формировател  временных интервалов, второй выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации pe- гистра, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумглатора, вход начгшьной установки которого соединен с входом на«альиой усТановки счетчика, а. вход синхронизации накапливающего с,мкатора подключен к выходу генератора образцовой частоты и к вхо.цу синхронизации формировател  временных интервалов. На фиг, 1 изображена структурна  схема цифрового измерител  на фкг .2 - временные диаграмГЛы сигналов в различных цифрового измерител  f на фиг. 3 -- 6 - примеры реализации соответственно формировател  кода веса,, кодового компаратора и формировател  временных интер . вал ОБ:, Цифровой измеритель временных интервалов с весовым усреднением (фиг, 1) содержат генератор 1 образцовой частоты,- формирователь 2 временных интервалов, элемент И 3„ накапливающий сум-штор 4, регистр 5, формирователь б кода веса, счетчик 7, кодовый компаратор 8 и элемент ИЛИ 9. Вьйсод устройства через последовательно соединенные фор 1Отрователь 2 временных интервалов и элемент И 3 соединен со счетным входом счетчика 7 и входом синхронизации регистра 5, выход регистра 5 подключен к информационному входу

накапливающего сумматора 4, вход начальной установки которого соединен с входом начальной установки счевчика 7 и с входом запуска усчрсй ства, выход генератора 1 образцовой частоты подключен к входам синхронизации накапливающего суг гматора 4 л формировател  2 временных интервалов,. выход счетчика 7 соединен с входом формировател  б кода веса и с первым входом кодового компаратора 8, второй вход которого подключен к кодовому входу устройства, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ 9 и с вторым входом элемента ИЗ, выход формировател  6 кода веса подключен к информационному входу регистра 5, вход начальной установки которого соединен с выходом элемента ИЛИ 9, второй вход элемента ИЛИ 9 подключен к второму выходу формировател  2 временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом цикла измерени  на выходе счетчика 7 установлен код б i (h-t--f) , где П - число усредн емых временных интервалов. Если е(ц4.1) , то сигналы с выхода формировател  2 временных интервалов через элемент И 3, проход сигналов через который разрешен единичным потенциалом с выхода кодовогр компаратора 8, поступают на счетный вход счетчика 7, пока не установ т на его выходе код е {п+1}. При этом кодовый компаратор 8 устанавливает потенциал нулевого уровн  на входе элемента И .3, запреща  тем самым проход сигналов на счетный вход счетчика 7 и через элемент ИЛИ 9 устанавливает регистр 5 .в нулевое состо ние.

Импульсы генератора 1 образцовой частоты поступают на вход синхронизации накапливающего сумматора 4, но не измен ют е.го состо ни , так как на информационном входе накапливающего сумматора.4 действует нулевой код с выхода регистра 5,Очередной цикл измерени  начинаетс  после прихода сигнала Запуск (фиг.2а ), который сбрасывает в О пам ть накапливающего сумматора 4 и счетчик 7. Так как код на выходе счетчика 7 стал е О п , то кодовый компаратор 8 формирует.на своем выходе потенциал единичного уровн  (фиг, 2,5 ) который разрешает проход сигналов через элемент -И 3, а -через элемент ИЛИ 9 снимает-сигнал начальной установки с регистра 5, подготавлива  последний к приему информации. Одновременно нулевой код с выхода счетчика 7 поступает на вход формировател  6 кода веса, представл ющего собой преобразователь типа код код . Формирователь 6 кода веса фор: сина своем выходе, а следователь ч и на информационном входе регистvia 5 kofl d, весового коэффициента iicpsoro усредн емого интервала.

Формирователь 2 временных интер , -т -:е ::х/иабатквает импульс начала

гнного интервал а ( фиг. 3,Ь,г) ,

которого благодар  -1 прив зан к импульсам 1 . .г ui; I ооразцовой частоты

0

фнг. 2,0), Этот импульс начала первого временного интервала через открытый элемент И 3 поступает на счетный вход счетчика 7 и вход синхронизацни регистра 5, и по заднему фрон-ту этого импульса код переписываетс  с выхода формировател  б кода веса в регистр 5, а на выходе счетчика. устанавливаетс  код 1. Код и, поступает на информационный аход накапливающего сумматора 4, который по синхросигналам с выхода генератора 1 образцовой частоты производит накапливающее суммирование кода Л . Одновременно ко.ц состо ни  1 счетчика .7 поступает на вход

5 формировател  6 кода веса, который вырабатывает на своем выходе код tf весового коэффициента второго .усредн емого интерва 1а времени. К концу первого временного интервала в накап0 ливающем сумматоре накопитс  число

tl., g , где 1( - число импульсов генератора 1 образцовой частоты, выработанных в течение первого временного интервала Tj . Импульс на

5 чала второго измер емого интервала

Tvri - через открытый элемент И 3 переносит код 0/j в регистр 5 с выЯо- да формировател  6 кода .веса и устанавливает сч.етчик-7 в состо ние 2.

0 Теперь накапливающий сумматор 4 по . ,каждому импу-льсу генератора 1 образцовои частоты прибавл ет к своему содержимому код . , и к концу второго временного интервала в накаплИваю5 цем сумматоре 4 фиксируетс  -код 1 1 а а где П2 - число импульсов генератора 1 образцовой час.г тоты, выработанное в течениеТх Одновременно ф.ормирователь 6 кода ве-. са, возбужденный состо нием 2 счет0 чика. 7, вырабатывает код весового коэффициента третьего интервала времени Тцэ .

Таким образом, к моменту окончани  П -го временного интервала

5 в накапливающем сумматоре 4 фиксируи етс  код .;, и измеренный ин тервал Tj((;p будет равен

0

xcp gi%n; i,T,,,,. ;

- - t

Импульс начата (n+lVro интерваЗта времени устл ивает счетчик 7

5 в состо ние П ( 1. При этом, иск.-КОЛЬКУ код П )-1 больиге кода И , кодовый компаратор 8 сбрасывает в О регистр 5 и снимает разрешающий сиi нал с элемента И 3, заканчива  тем цикл измерени . Новый цикл измерени  начинаетс  с приходом сиг нала запуска. Таким образом, минимальна  длительность измер емого интервала ктш ® зависит, от весовых коэ фициентов и определ етс  периодом си налов генератора 1 образцовой частот Наблюдаетс  расширение диапазона. измep e дьIx длительностей. Точность установки весовых коэффициентов в данном измерителе определ етс  только разр дностью формировател  6 кода веса, котора  практически может быть выбрана дос.таточно большой. Следовательно, весовые коэффициенты могут бить задан как дробншми, так   целым  с практи нески неограниченной точностью. На фиг. 3 показан пример реализа ции формировател  6 кода веса, пред ставл ющего собой функциональный преобразователь код - код, построенны на базе посто нных за.по1Шнак щ1{х уст ройств. Он содержит дешифратор 10, который выполн ет роль преобразовател  входного двоичного кода в единичный позиционный (многокаиальный) код, и шифратор 11 - преобразовател единичного позиционного( многоканал ного) кода в двоичный код. Формиров ние , -го весового коэффициента в данном устройстве производитс  во врем  действи  { i )-го временно го интервала .Импульс начала i- -го временного интервала переносит код б; в регистр 5,врем  задержки в KOTQ , ром легко получить с-зад , что исключает необходимойть предварительной записи в накапливагахшй сумматор 4 числа: и что в свою очередь позвол етповысить точность измерени . Один из возможных вариантов реализации кодового компаратора, построенного на базе элементов 2И-2 ИЛИ 12 и 2 ИЛИ 13 и И 14 показан на фиг. 4. На фиг. 5 изображен пример реализаци1 формировател  2 временных и Jтe;pвFlЛ н на бале П j-pm-repa 1.5 и инверт(5ра 1Ь д.п  сиу-л  смежных време Г11ых инте1звалов. Входк - е импульсы поступают чере:( инвертор 1C на вход начальной утлновки R и информационный вход Д Д -триггера Л 5, на вход синхронизации С которого подаютс  импульсы образцовой частоты. При этом на инверсном выходе А -триггера 15 форг тегруетс  импульс, передний фронт которого сов падает с передним фронтом сигнала, а задний соответствует моменту прихода первого импульса образцовой час:тоты после окончани  данного входного импульса. На фиг. 6 приведен пример реализации формировател  2 временных интервалов дл  случа  несмежных измер ем1зтх интервалов времени. Он содержит четыре инвертора 17, два элемента И-НЕ 18 и два А -триггера 19. Входной 1- -и сигнал временного интервала поступает на схему выделени  переднего и заднего фронта, состо щую из инверторов 17 и элементов И-НЕ 18, котора  формирует на выходе соответствующих элементов И-НЕ 18 импульсы начала и конца i-го измер емого интервала. Эти импульсы поступают на входы сброса R и информационные входы Д соответствующих /V -триггеров .19, на входы синхронизации которых поступают импульсы образцовой частоты, что обеспечивает прив зку задних фронтов сигналов на инверсных выходах Д. -триггеров 19 к импудр-сам образцовой частоты. В качестве Д -триггеров могут быть использованы микросхемьл типа 130М2, 133ТМ2, 136ТМ2, 53ОТМ2 и др., обладающие способностью не реагировать на изменение сигнала на информационном входе Д в течение длительности сигнала на входе синхронизации. Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позвол ет в К рдз расширить диапазон измер емых интервалов путем устранени  зависимости периода импульсов от величины весовых коэффициентов и повысить точность измерени  за счет снижени  погрешности установки весовых коэффициентов.

Claims (1)

1. (ЕЦ ) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ .ИНТЕРВАЛОВ С ВЕСОВЫМ УСРЕДНЕНИЕМ содержащий', генератор образцовой частоты, формирователь временных интервалов, элемент И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, и накапливающий сумматор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых временных интервалов и повышения точности измерения, в него дополнительно введены регистр, формирователь кода веса, элемент ИЛИ и кодовый компара тор, вход которого подключен к выходу счетчика и к входу формирователя кода веса, выход которого соединен с информационным входом регистра, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом кодового компаратора и первым входом элемента И, а второй вход элемента ИЛИ подключен к первому выходу формирователя временных интервалов, второй выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом синхрони зации регистра, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, вход, начальной установки которого соединен с входом начальной установки счетчика, а вход синхронизации накапливающего сумматора подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входу синхронизации формйрователя временных интервалов.