SU1390596A1 - Способ измерени длительности периодических импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использоваг но дл  измерени  длительности коротких периодически повтор ющихс  импульсов пр моугольно формы. Изобретение позвол ет повысить точность выполн емых измерений и расширить функциональные возможности устройства , реализующего данный способ. Это . достигаетс  за счет исключени  вли ни  нестабильности длительности импульсов опорной частоты на результаты измерений, а также за счет уменьшени  погрешности. Устройство, реализующее предложенный способ, содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом делени , инверторы 3 и 5, элементы И 4, 6, 7, 13, 14, 17, 25, 26 и 29, формирователь 8 пачки импульсов совпадений, каналы 9 и 10 совпадений, формирователи коротких импульсов 11, 12, 19, 20, 27, 32 и 33, RS-триггеры 15, 16, 21, 24, 34 и 35, триггеры 18 и 28, счетчики импульсов 30 и 31 и микропроцессор 36. 3 ил. сл

Description

Вкад

СО

;о о ел

|) 05

.)

1139

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  измерени  длительности коротких периодически повтор ющихс  пр моугольных импульсов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  длительности периодических импульсов и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы формировани  временных интервалов дл  определени  длительности периодических импульсов; на фиг.З временные диаграммы работы устройст

ва, реализующего способ.

Сущность способа заключаетс  в следующем.

Из последовательности измер емых периодических импульсов длительностью О ц, следующих с периодом Т (фиг. 2 а), образуют путем инвертировани  инверсную последовательность измер емых импульсов (фиг. 2ь). Такую же инверсную последовательность формируют из импульсов опорной частоты длительностью 1 и периодом Т

(фиг. 26), близкой к частоте f

а --

Т..

измер емых сигналов (фиг. 2 г). Путем сравнени  во времени (операци  логического перемножени ) последовательностей импульсов опорной частоты с измер емой последовательностью импульсов формируют последовательность пачек импульсов совпадени  (фиг.2и). Затем операцией логического перемножени  формируют последовательности импульсов совпадени , сравнива  во времени последовательности импульсов опорной частоты с инверсной последовательностью измер емых импульсов (фиг. 2е) и инверсную последовательность опорной частоты с последовательностью измер емых импульсов (фиг. 2). Далее выдел ют временные интервалы, соответствующие пачкам центральных импульсов совпадени , т .е. импульсов, которые полностью вложены один в другой. Так как при использовании способа измерени  периодических импульсов имеетс  веро тность того, что длительность измер емого сигнала t может быть больше ил меньше длительности опорной частоты 1 , то предусмотрено использование двух идентичных каналов дл  формиро

вани  этих временных интервалов. Дл  этого на логические элементы, пред to

15

20

25

30

35

40

45

50

назначенные дл  формировани  этих интервалов, в первом канале подают последовательности импульсов опорной частоты и импульсов совпадени  (фиг. 2е), а во втором измерительном канале последовательности импульсов измер емых сигналов (фиг. 2сг) и импульсов совпадений (фиг. 2 а). Центральные импульсы пачек в первом ка-, нале вьдел ют путем определени  импульсов опорной частоты, которые при сравнении во времени (операци  логического перемножени ) с последовательностью на фиг. 2е не имеют совпадений . Этому логическому состо нию соответствует временной интервал с нулевым уровнем сигнала на фиг. 2 ж . Формирование временного интервала, соответствующего пачке центральных импульсов во втором канале (фиг. 2 v), осуществл етс  идентично путем логического перемножени  последовательностей импульсов измер е1 1х сигналов (фиг. 2q) и импульсов совпадений на фиг, 29.

Дл  формировани  временного интервала , соответствующего пачке совпадений измер емой последовательности, импульсов и последовательности импульсов опорной частоты, осуществл ют логическое перемножение последовательностей импульсов измер емых сигналов (фиг. 2с() и импульсов совпадений на фиг. 2и.

Затем вьдел ют моменты взаимного перехода передних фронтов импульсов измер емых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты . Эти моменты формируют по передним фронтам временных интервалов, соответствующих началу пачек центральных импульсов (фиг. ж, j). Моменты взаимного перехода задних фронтов импульсов измер емых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты вьщел ют по передним фронтам первых импульсов в пачках совпадений (фиг. 2и). По моментам указанных взаимных переходов формируют мерные временные интервалы, по которым определ ют значение 7 (фиг. 2k).

На диаграмме фиг. 2к показаны сформированные временные интервалы, границы которых соответствуют моменту перехода заднего фронта импульса

измер емой последовательности относительно переднего фронта импульса опорной частоты. После этого осуществл етс  подсчет количества импульсов опорной частоты Ы„, заполнивших данный временной интервал. Из этой диаграммы (фиг. 2k) очевидно следующее соотношение дл  определени  длительности импульса ц:

а„- N„41,

(1)

где /)Т IT;; - TJ ----- .

о и

Подставл   в вьфажение (1) значение Т, получают

N„ 11, - TJ N, .1.(2)

о и

Из свойств метода совпадений известно , что если врем  измерений

беретс  равным периоду разностной

т - т

частоты Т j-, (т.е. периоду

СИ

следовани  пакетов совпадений), то между fjj и f имеет место следующее соотношение:

N,fo

Nofu,

где N и N у - количество .периодов

частот fjj и

f между

пакетами совпадений. С учетом этого выражение (2) можно преобразовать следующим образом:

f.-

NO I

|No - N,|

N,

Поскольку дл  метода совпадений за интервал Т количество импульсов обеих частот „ и fj, отличаетс  на единицу (диаграммы на фиг, 2), то iNg- Nyl 1, а окончательное выражение дл 

Су имеет вид

Nn/IN - 1 I f

о

NM 1.

где N N

Процесс измерени  длительности периодических импульсов заключаетс  в формировании двух временных интер- валов Т периода следовани  пачек центральных импульсов и Т длительности от начала пачки совпадений импульсов измер емой и опорной последовательностей до начала пачки центральных импульсов (фиг. 2jt, и, к) и определении искомого значени  f согласно следующему вьфажению:

N

(NT- 1) N,

(5)

10

15

2)

20

25

30

35

3)40

45

50

- 55 где Np - цифровой эквивалент извест- ного и заданного значени  f,

Таким образом, в качестве границ получаемых временных интервалов используютс  моменты взаимных переходов относительно друг друга соответствующих задних-передних и передних- передних фронтов импульсов указанных последовательностей. Эти временные интервалы (Т и Т) заполн ют опорной частотой и по числу периодов Т на этих интервалах и цифровом эквиваленте N|. определ ют значение длительности импульса.

При этом погрешность квантовани  временных интервалов Т„ и Т., последовательностью импульсов опорной частоты ц уменьшаетс  до величины меньшей, чем лТ, а погрешность от нестабильности J практически исключаетс , поскольку результат измерени  от значени  f не зависит. Кроме того, при определении мерных временных интервалов Т„ и Т исключаетс  операци  формировани  остроконечных импульсов соответствующих передним и задним фронтам импульсов измер емой и опорной частот, котора  вносила погрешность в известном способе,

Устройство дл  измерени  длительности периодических импульсов (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов опорной частоты, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом делени , инвертор 3, элемент И 4, инвертор 5, элементы И 6 и 7, формирователь 8 пачки импульсов совпадений, каналы 9 и 10 совпадений, каждый из которых содержит формирователи 11 и 12 коротких импульсов, элементы И 13 и 14 RS-триггеры 15 и 16, элемент И 17 RS-триггер 18, формирователи 19 и 20 коротких импульсов, RS-триггер 21, формирователь 22 коротких импульсов, элемент И 23, RS-триггер 24, элементы И 25 и 26, формирователь 27 коротких импульсов, триггер 28 со счетным входом, элемент И 29, счетчики 30 и 31 импульсов, формирователи 32

51390596

33 коротких импульсов, RS-триггеры 4 и 35, микропроцессор 36.

Выход генератора 1 соединен с вхои со до до ро ди до со И хо

дом делител  2 частоты, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И 4, 7, 23 и 26, с вторым входом канала 9 совпадений, через инвертор 5 с первым входом элемента И 6 второй выход делител  2 соединен с входом управлени  микропроцессора 36 третий выход делител  2 частоты соединен с входом управлени  формировател  8, вход которого соединен с выходом элемента И 7, второй вход кото рого соединен с вторым входом канала 10 совпадений, с вторым входом эЛе- мента И 6, с входной шиной „ и через инвертор 3 с вторым входом элемента И 4, выход которого соединен с первым входом канала 9, выход которого соединен с первым входом элемента И 17, второй вход которого соединен с выходом канала 10, первый вход которого соединен с выходом элемента И 6, выход формировател  8 соединен с входами формирователей 19 и 20, шина Пуск соединена с S-входом триггера 18, R-вход которого соединен с R-входами триггеров 24, 34 и 35, выходом микропроцессора 36 и вы ходом формировател  33, вход которого соединен с выходом триггера 28 и через формирователь 32 - с S-входом триггера 35, выход которого соединен с вторым входом элемента И 25, выход которого соединен с счетным входом счетчика 30, выходы которого соединены с первыми входами микропроцессора 36, вторые входы которого соединены с выходами счетчика 31, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 26, второй вход которого соединен с выходом триггера 34,8-вхо которого соединен с выходом элемента И 29, первый вход которого соединен с выходом триггера 24, S-вход которо . го соединен со счетным входом триггера 28 и выходом элемента И 23, первый вход которого через формирова- 22 соединен с выходом триггера 21, S-вход которого через формирова- тель 27 соединен с выходом элемента .И 17, выходы формировател  20 соединен с R-входом триггера 21, выход триггера 18 соединен с вторьм входом элемента И 23, выход формировател  19 соединен с вторым входом элемента И 29.

0

с

В каналах 9 и 10 совпадений первый и второй входы канала соединены с соответствующими входами элемента И 13, выход которого соединен с R-входом триггера 15 и S-входом триггера 16, R-вход которого соединен с выходом элемента И 14, первый вход которого соединен с выходом триггера 15, Sвход которого соединен с выходом формировател  11, вход которого соединен с вторым входом канала 9 и входом формировател  12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 14, выход триггера 16  вл етс  выходом канала.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 импульсов опорной частоты вьфабатывает последовательность импульсов частотой Е рСона может быть кратна какой-то эталонной частоте ), котора  подаетс  на делитель 2 частоты с переменным коэффициентом 5 делени , коэффициент которого выбираетс  таким, чтобы получаема  на выходе делител  частота f (фиг. 3&) незначительно отличалась от измер е

мой частоты fy (фиг. За).

С выхода делител  2 последовательность импульсов поступает на элемент И 7, на который поступает последовательность импульсов измер емых сигналов. На выходе элемента И 7 формируютс  пачки совпадений (фиг.3 в ), которые поступают на вход формировател  8 пачки импульсов совпадений на выходе которого образуютс  прот женные пр моугольные импульсы длительностей Тц, Т ,... .соответственно (фиг, 3 г). Формирователь 8 пред

ставл ет собой однотактный ждущий мультивибратор, период релаксации которого выбираетс  несколько больше периода опорной частоты и,устанавливаетс  сигналом с делител  2 в зависимости от выбранного коэффициента делени  делител  и частоты f. В этом случае с приходом первого импульса пакета формирователь 8 переходит из состо ни  О в состо ние 1 и удерживаетс  в этом состо нии до конца пакета совпадений. С выхода делител  2 последовательность импульсов опорной частоты f.„ подаетс  на вто- рой вход элемента И 4, на первый

вход которого, через ин вертор 3 пос- тупает последовательность импульсов измер емой частоты. На выходе злемен

7

та И А формируетс  последовательность импульсов совпадений (фиг.З,) в которой отсутствуют импульсы, соответствующие центральным импульсам пачек, получаемых на выходе инвертора 7. Одновременно с делител  2 импульсы опорной частоты через инвертор 5 поступают на первый вход элемента И 6, на второй вход которого поступает последовательность измер емых импульсов. На выходе элемента И 6 формируетс  непрерывна  последовательность имггульсов совпадений (фиг. Зе), поскольку согласно вре139

менной диаграмме

-С,

Далее последовательность импульсов совпадений с выхода элемента И 4 (фиг. 3) поступает на первый вход канала 9 совпадений, на второй вход которого подаетс  последовательность импульсов опорной частоты f. Второй вход канала 9 совпадений св зан с входами формирователей 11 и 12 коротких импульсов и с одним из входов элемента И 13, второй вход которого соединен с первым входом этого канала . Формирователь 11 формирует короткие импульсы, соответствующие передним фронтам импульсов опорной частоты (фиг. 3), которые подаютс  на S-вход триггера 15, и по приходу каждого из этих импульсов устанавливает его в единичное состо ние. Если в течение времени на входе элемента И 13 по вл етс  импульс последовательности совпадений (фиг. 3(), то передним фронтом этог о импульса с выхода элемента И 13 триггер 15 по R-входу перебрасываетс  в нулевое состо ние еще до окончани  импульса Сд . Этот же импульс с выхода элемента И 13 подаетс  на S-вход триггера 16 и устанавливает его в единичное состо ние. Поскольку дл  случа , когда за врем  V на выходе элемента И 13 имеетс  импульс из последовательности совпадений из фиг. 3 « и триггер 15 перебрасываетс  в состо ние О раньше, чем по вл етс  короткий импульс заднего фронта (фиг. 3 у) с выхода формировател  12, то элемент И 14 на врем  поступлени  импульса с формировател  12 закрыт и сброс триггера 16 по R-входу не осуществл етс  .Единичное состо ние триггера 16 удерживаетс  (подтверждаетс ) каждый раз, когда в течение очередного импульса длительностью 1о

6

905968

(на вход элемента Н 13 поступает импульс последовательности на фиг.3. Если же за врем  очередной импульс совпадений на вход элемента И 13 не поступает (эта ситуаци  соответствует моменту формировани  центральных импульсов пачек совпадений на выходе элемента И 7), то триггер 15 по

Q S-входу импульсом с формировател  11 перебрасываетс  в состо ние 1 и до конца импульса „ его сохран ет (фиг. Зи). При этом элемент И 14 ot- крыт дл  импульса заднего фронта с

JC формировател  12, которым триггер

16 по R-входу переводитс  в состо ние О. В состо нии О триггер 16 находитс  до тех пор, пока не заканчиваетс  пачка центральньгх импульсов

2Q и не по вл етс  первый после него импульс на выходе элемента И 13 (фиг. 3k,). Этот первый импульс после пачки центральных импульсов по вл етс  только при переходе переднего

25 фронта импульса опорной частоты относительно переднего фронта импульса измер емой частоты. Передним фрсЛ- том триггер 16 по S-входу снова перебрасываетс  в единичное состо ние (фиг. 3«).

Идентичным образом работает и канал 10 совпадений. Однако поскольку последовательность импульсов совпадений на фиг. 3  вл етс  непрерьш- ной ( с,

конечного триггера то нно сохран етс  состо ние 1 (фиг. 3л). Сигналы с выходов каналов 9 и 10 совпадений подаютс  на элемент И 17, который повтор ет сигнал с выхода триггера 16 канала 9 совпадений.

В соответствии с (5) по команде Пуск триггер 18 опрокидьшаетс ,разреша  прохождение через элемент И 23 короткого импульса, соответствующего переднему фронту сигнала с выхода элемента И 17. Предварительно этот сигнал проходит через формирователь 27 коротких импульсов, триггер 21 и формирователь 22 коротких импульсов Эта цепочка из трех элементов 27, 21 и 22 необходима дл  предотвращени  сбо , т.е. поступлени  повторного ,сигнала на элемент И 23 за врем  Тц формировани  пакета совпадений на

55 элементе И 7 (фиг. 3 в). С этой целью на формирователе 20 формируетс  ко- роткий импульс заднего фронта пакета, которым триггер 21 блокируетс  до

30

35

40

45

50

у), то на пр мом выходе

в канале 10 пос- II. II

конца пакета совпадений и лишь по окончании пакета переводит его в исходное состо ние. Первый по счету импульс (после команды Пуск) с выхода элемента И 23 переводит триггер 28 со Счетным входом в единичное сое- то ние, а второй импульс возвращает его в нулевое состо ние. При этом формирователи 32 и 33 коротких им- , пульсов, подключенные к выходу триггера 28, выдел ют первый и второй импульсы с формировател  22 в виде коротких импульсов переднего и заднего

таким образом фиксируетс  количество импульсов, поступивших за врем  Т„.

Триггер 18 возвращаетс  в исходное состо ние импульсом с формировател  33, т.е. по приходу второго импульса с элемента И 17. Этот же импульс поступает на микропроцессор 36 разреша  обработку полученных N, N и имеющихс  кодов Nj в соответствии с (5).

Структурно микропроцессор состоит из р да регистров чисел, предназначенных дл  хранени  цифровых эквива

фронтов соответственно. Эти импульсы . лентов f. Выбор цифрового эквиваподаютс  на информационные входы триггера 35, который по приходу импульса с формировател  опрокидьшаетс  и разрешает прохождение через элемент И 25 импульсов опорной частоты в 20 счетчик 30 (фиг. 3«). Триггер 35 остаетс  в опрокинутом состо нии и запись в счетчик 30 продолжаетс  до тех пор, пока на R-вход триггера 35 не поступает импульс с формировател  33, Таким образом в счетчике 30 фиксируетс  количество импульсов, определ ющих период следовани  пачек цен25

лента fp зависит от выбранного дели телем 2 коэффициента делени , о котором делитель 2 сообщает в микропр цессор 36. Кроме этого, микропроцес сор состоит из регистра результата блоков программного обеспечени  и управлени  регистрами, схемами определени  знака и вычислительного устройства, обеспечивающего возможность расчета выражени  (5).

Положительный эффект от использовани  предлагаемого способа заклю чаетс  в повышении точности результата измерений по сравнению с извес ными измерител ми длительности пери дических импульсов.

тральных импульсов Т, (N N,

М„ + 1).

Подсчет количества импульсов за врем  Тп осуществл етс  следующим образом. После команды Пуск и прохождени  череэ элемент И 23 сигнала, сформированного по переднему фронту первого импульса с элемента И 17, последний поступает на триггер 24, который, устанавлива сь в единичное состо ние и с выхода триггера поступа  на один из входов элемента И 29, разрешает прохождение через элемент И 29 сигнала, поступающего на второй вход элемента И 29. На второй вход поступает импульс с формировател  19 коротких импульсов, сформированны по переднему фронту огибающей пачки совпадений центральных импульсов, что соответствует началу временного интервала Т,. С выхода элемента И 29 импульс переднего фронта огибающей печки подаетс  на S-вход триггера ЗА с приходом которого триггер 34 переходит в единичное состо ние и разрешает прохождение через элемент И 26 импульсов опорной частоты в счетчик 31. Импульс с выхода формировател  33 возвращает триггеры 2А и 34 в исходное состо ние и элемент И 26 закрываетс  (фиг. 3м). В счетчике 31

0

5

0

5

0

0

5

5

лента fp зависит от выбранного делителем 2 коэффициента делени , о котором делитель 2 сообщает в микропроцессор 36. Кроме этого, микропроцессор состоит из регистра результата, блоков программного обеспечени  и управлени  регистрами, схемами определени  знака и вычислительного устройства, обеспечивающего возможность расчета выражени  (5).

Положительный эффект от использовани  предлагаемого способа заключаетс  в повышении точности результата измерений по сравнению с известными измерител ми длительности периодических импульсов.

Повьш1ение точности измерени  достигаетс  следующим: уменьшаетс  погрешность измерени  У , св занна  с исключением при расчете длительности импульса Сд, а также исключаетс  операци  формировани  последовательностей остроконечных импульсов, соответствующих передним и задним фронтам импульсов исследуемого .сигнала и опорной частоты, котора  искажала форму исходных импульсов, участвующих в совпадени х и приводила к не- которьм временным сдвигам, вносившим погрешность в определение тервоначаль- ной длительности импульса.

Расширение функциональных возможностей способа заключаетс  в том, что предлагаемый способ позвол ет измер ть длительность импульсов

и (, т ty .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  длительности периодических импульсов, основанный на трансформации на низкую частоту временных интервалов, определ ющих длительность импульсов путем сравнени  во времени последовательностей

   импульсов исследуемых сигналов с опорной последовательностью импульсов , выделении пачек полностью совпавших центральных импульсов путем определени  моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей и последующим подсчетом центральных импульсов в пачке совпадений и лмпульсов опорной последовательности от начала первой пачки центральных импульсов до начала следующей за ней второй такой пачки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  функциональных возможностей , в пачках совпадений выдел ют моменты взаимного перехода

   . -Й шНпппппппппппппппппппппг

   л п п попппппппппппп п п п п п

   п п п п п п п пппплп п пп п п п п п п п

   ипгтгтпппппппппппггппппппппппп.

   1П п ПНПППП1П ППППППШЙПШПЛ ППП п П1ПППП1

   п I

   I п п в

   и п п п п п п

   IMF nil TL

   задних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов этих последовательностей , а временные интервалы дл  определени  длительности периодических импульсов формируют путем подсчета импульсов опорной последовательности от момента первого взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемой и опорной последовательностей до момента их второго взаимного перехода и от момента взаимного перехода заднего фронта импульса исследуемой последовательности с передним фронтом импульса опорной последовательности до момента взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемой и опорной последовательностей .

   I о п D

   II 11 п л л п IL

   п п п п п

   rOOIJIJLJL

   i; тл.

   и ч 11 п II п