SU845140A1 - Измеритель временных интервалов - Google Patents

Description

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относитс  к из.мерительной технике и может быть использовано при измерении и контроле интервалов времени в радио- и оптической локации, автоматике, вычислительной технике, приборостроении. Известен измеритель временных интервалов , содержащий счетчики грубого и точного измерени , преобразователи интервалов времени, блоки устранени  неоднозначности грубого измерени  и блоки управлени  1. Недостатком известных устройств  вл етс  низка  точность измерений. Наиболее близок к предлагаемому из.меритель временных интервалов, который содержит генератор счетных импульсов, два счетчика точного измерени  и счетчик грубого измерени , подключенных через ключи к генератору счетных импульсов, два преобразовател  масштаба времени, два одновибратора , две линии задержки, четыре триггера - по два в каналах стартового и стопового импульсов 2. Недостатком известного устройства  вл етс  его сложность и то, что измерение интервалов времени происходит в нереальном масштабе времени, что приводит к дополнительным ошибкам при преобразовании масштаба времени, а также невысокое быстродействие , так как после измерени  интервала времени происходит обработка результата измерени  (перезапись в счетчиках точного и грубого измерений), и результат измерени  может быть получен только спуст  некоторое врем  после окончани  измерени  интервала времени. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и упрощение конструкции . Поставленна  цель достигаетс  тем, что ,в измеритель временных импульсов, содержащий генератор счетных импульсов, управл ющий триггер, блок точного измерени , выход которого соединен со входо.м счетчика грубого измерени , входы управл ющего триггера подключены к шинам стоп-старт импульсов, введен блок прив зки, первый и второй входы которого соединены соответственно с шиной старт-импульса и выходом генератора счетных, импульсов, а выход - с первым входом блока точного измерени , второй вход которого подключен к выходу управл ющего триггера. Блок прив зки содержит секционированную линию задержки, формирователь длительности счетных импульсов, четыре элемента И, четыре триггера и элемент 2И-4ИЛИ, причем шина старт-импульса соединена с первыми входами элементов И, выходы которых соединены со входами соответствующих триггеров, пр мые выходы которых соединены с первой группой входов элемента 2И-4ИЛИ, вторые входы которого соединены соответственно с выходом формировател  и вторым входом первого элемента И, выходом первой секции линии задержки и вторым входом второго элемента И, выходом второй секции линии задержки и вторым входом третьего элемента И и выходом третьей секции линии задержки и вторым входом четвертого элемента И, инверсный выход первого триггера соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов И, инверсный выход второго триггера подключен к третьему входу первого элемента И и четвертому входу третьего и четвертого, инверсный выход третьего триггера соединен с четвертыми входами первого и второго и п тым входом четвертого элемента И, инверсный выход четвертого триггера подключен к п тым входам первых трех элементов И, и блок точного измерени  содержит секционированную линию задержки, четыре ключа, четыре триггера, шесть, элементов И и два элемента ИЛИ, причем первым входом блока  вл етс  вход первой секции линии задержки, ко второму входу блока подключены первые входы ключей, ко вторым входам которых подключены выходы соответственно первой, второй, третьей и четвертой секций линии задержки, выходы ключей соединены со входами соответствующих триггеров, пр мые выходы триггеров соединены с первыми входами соответствующих первых четырех элементов И, выходы которых подключены ко входам первого элемента ИЛИ, инверсный выход первого триггера соединен со вторым входом второго элемента И, первый вход которого подключен к первому входу п того элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и инверсным выходом четвертого триггера, инверсный выход второго триггера соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом шестого элемента И, второй вход которого подключен к пр мому выходу четвертого триггера, инверсный выход третьего триггера соединен со вторым входом четвертого элемента И, выходы п того и шестого элементов И подключены ко входам второго элемента ИЛИ. На фиг. 1 приведена структурна  схема измерител  временных интервалов; на фиг. 2 - диаграммы напр жений, по сн ющие его работу; на ф.иг. 3 и 4 - соответственно функциональна  схема и диаграммы напр жений, по сн ющие работу блока прив зки счетных импульсов к старт-импульсу; на фиг. 5 и б - соответственно функциональна  схема и диаграммы напр жений. по сн ющие работу блока точного из.мерени . Измеритель временных интервалов содержит генератор 1 счетных импульсов, блок 2 прив зки счетных импульсов к стартимпульсу , управл ющий триггер 3, блок 4 точного измерени  и счетчик 5 грубого измерени . Блок 2 прив зки счетных импульсов к старт-импульсу (фиг. 3) состоит из формировател  6 длительности счетных импульсов , секций 7 - 9 секционированной линии задержки, элементов И 10-13, триггеров 14 - 17 и элемента 2И-4ИЛИ 18. Диаграммы напр жений, по сн ющие работу блока прив зки счетных импульсов к старт-импульсу, приведены на фиг. 4. Блок 4 точного измерени  {фиг. 5) состоит из секционированной секции 19 - 22 секционированной линии задержки ключей 23 - 26, управл емых и.мпульсов с выхода управл ющего триггера 3, триггеров 27 - 30 и дешифратора, состо щего из элементов И 31-34, 37 и элементов ИЛИ 35, 38. Число разр дов блока точного измерени  зависит от степени квантовани  временного интервала между счетными импульсами и в общем случае может быть равно 2 . В насто щем устройстве точного измерени  временной интервал между счетными импульсами имеет четыре дискрета квантовани . В качестве квантовател  использована секционированна  лини  19 - 22 задержки. Работа блока точного из.мерени  по сн етс  диаграммами напр жений на фиг. 6. В исходном состо нии триггеры 27-30 (фиг. 5) установлены в нуль. Измеритель работает следующим образом . Пусть состо ние «нуль соответствует отсутствию потенциала на пр мых выходах разр дов счетчика, триггеров и блоков, а состо ние «единица соответствует наличию на тех же выходах какого-либо (положительного или отрицательного) потенциала. В исходном состо нии блок 2 прив зки, триггер 3, блок 4 точного измерени  и счетчик 5 грубого измерени  наход тс  в состо нии «нуль (цепи установки нул  на фиг. 1 не показаны). С приходом старт-импульса (фиг. 2 а) триггер 3 опрокинетс , на его выходе по витс  потенциал, равный «единице (фиг. 2 в), который воздействует на блок 4 точного измерени . В то же врем  на выходе блока прив зки по в тс  счетные импульсы- , причем врем  по влени  первого из них совпадает с моменто.м прихода стартимпульса и передним фронтом импульса с выхода триггера (фиг. 2 а, в, г) с точностью , определ е.мой дискретностью квантовани  периода следовани  счетных импульсов , которое происходит в блоке 2 прив зки счетных импульсов к старт-импульсу. Дискретность квантовани  периода следовани  счетных импульсов определ етс  исход  из заданной точности измерени  интервала времени и частоты следовани  счетных импульсов . Блок 4 точного измерени  начнет работу с первого счетного импульса, по вившегос  на его выходе. В интервале времени, определ емом числом разр дов блока 4 точного измерени , блок 4 делает один цикл счета, и с приходом на него очередного счетного импульса на пр мых выходах его разр дов установитс  код, равный нулю, а с выхода старшего разр да произойдет перенос единицы на вход счетчика 5 грубого измерени  (фиг. 2д, е, ж, з). Таким образом, происходит непосредственное преобразование интервала времени в цифровой код. С приходом стоп-импульса триггер 3 опрокинетс , на его выходе по витс  потенциал , равный нулю, вход блока 4 точного измерени  закроетс , а на пр мых выходах . - , разр дов блока 4 и счетчика 5. грубого из мерени  фиксируетс  двоичный позиционный код, пропорциональный измеренно.му временному интервалу (фиг. 2 д, е, ж, з, и). Прив зка счетных импульсов к стартимпульсу происходит соедуюплим образом. Счетные импульсы с выхода генератора счетных импульсов поступают на вход формировател  6 длительности счетных импульсов , формирователь 6 калибрует их так, чтобы их длительность была равна длительности интервала квантовани  периода следовани  счетных импульсов (период квантовани  задаетс  линией задержки), т. е. г л I/ где К -число дискретов квантовани  временного интервала следовани  счетных импульсов; f -период следовани  счетных импульсов (фиг. 4 в). С выхода формировател  6 счетные импульсы поступают на вход линии 7, 8, 9 задержк.и, котора  производит квантование интервала t,следовани  счетных импульсов по времени на Л интервалов, в данном случае К 4. Врем  задержки каждой секции равно одной единице квантовани  VT (фиг. 4 г, д, е). В исходном состо нии триггеры 14-17 установлены, л нуль, т. е. на их пр мых выходах потенциал равен нулю, а на инверсных - единице. Выход элемента 2И4ИЛИ 18 закрыт потенциалами с пр мых выходов триггеров 14- 17, а выходы элементов 10- 13 открыты сигналом с инверсных выходов этих триггеров и готовы к приему старт-импульса. Врем  прихода старт-им пульса, совпадает с одним из импульсов, поступающих с выхода формировател  6 и линии 7, 8, 9 задержки на элементов И 10- 13 (фиг. 4 а) Пройд  через один из элементов И 10- 13 в данном случае это будет элемент И Uis. старт-импульс переведет соответствующий триггер (триггер 15) в состо ние «единица. При этом элементы И 10, 12, 13, коммутируюшие входы триггеров 14, 16, 17 закроютс , чтобы через них не прошли помехи и не опрокинули триггеры 10, 12, 13 во врем  измерени . Выход И элемента 2И4ИЛИ 18, управл емый триггером 15, откроетс  и скоммутирует соответствующий ( в данном случае 7) выход линии задержки через элемент 2И-4ИЛИ 18 на выход устройства прив зки счетных импульсов к стартимпульсу . Таким образом, на выходе блока прив зки по в тс  счетные импульсы, задержанные так, что первый из них совпадает с моментом прихода старт-импульса (фиг. 4) В этом случае абсолютна  ошибка измерени  т, О (фиг. 4 а, г). Чтобы сделать новое измерение, необходимо триггеры 14 - 17 установить в исходное состо ние сигналом «Установка нул  (на фиг. 3 цепи уста нул  не показаны), Блок точного измерени  работает следующим образом. На один из двух его входов подаетс  импульс с выхода триггера 3 (фиг. 6 а), длительность которого равна измер емому временному интервалу. Одновременно на другой вход подаютс  счетные импульсы (фиг. 66), прив занные к старт-импульсу, поэтому передний фронт импульса управл ющего триггера совпадает с первым счетным импульсом (фиг. 6 а, б). Абсолютна  ошибка измерени  Дт, в это.м случае, как уже отмечалось выше, равна нулю. Счетные импульсы, проход  через секционированную линию задержки (фиг. 6 в, г, д, е), сдвигаютс  по времени и попадают на входы ключей (23 - 26), которые открыты импульсом триггера 3. Пройд  через открытые ключи, счетные импульсы поступают на счетные входы триггеров 27 - 30, выходы которых (фиг. 6 ж, и, к, л) подключены к дешифратору, собранному на элементах 31 -38. По окончании импульса с выхода триггера 3 ключи 23 - 26 закрываютс , триггеры 27 - 30 остаютс  в том состо нии, в котором они были после прихода на их входы последнего счетного импульса (фиг. 6 ж, и, к, л). При этом на выходе дешифратора будет зафиксирован трехразр дный двоичный позиционный код (фиг. 6р, у, ф). Достоинство такой схемы заключаетс  в том, что она позвол ет измер ть интервалы времени, которые меньше периода следовани  счетных импульсов. При этом результат измерени  практически одновременно с концом измерени  интервала времени по вл етс  на выходе устройства в виде двоичного разр дного позиционного кода и не требует дополнительных преобразований , т. е. происходит пр мой счет, исключающий ошибки, по вл ющиес  в преобразовател х масщтаба времени, которые вход т в состав известного измерител  временных интервалов и применены в нем дл  измерени  интервалов времени, длительность которых меньще периода следовани  счетных импульсов. Степень квантовани  /С, как и в блоке 2 прив зки счетных импульсов к старт-импульсу, зависит от заданных точности и частоты счетных импульсрв и может быть равна 2 . Абсолютна  ощибка At в этом случае уменьщаетс  в /( раз

b- fAiri

и не может быть больше единицы младщего разр да блока 4 точного измерени .

Частота следовани  счетных импульсов обычно ограничена быстродействием счетных элементов. В описанном блоке 4 точного измерени  частота импульсов, поступающих на вход счетных триггеров 27-30, равна частоте счетных импульсов, а измеренна  фактически в К, раз больше (в данном случае в 4 раза больще, так как К, 4). т. е. блок 4 точного измерени  обладает быстродействием большим, чем счетные элементы (триггеры),, вход щие в него, и результат счета одновременно с концом измерени , без дополнительных операций, по вл етс  на его выходе.

Claims (3)

1.Измеритель временных интервалов, содержащий генератор счетных импульсов, управл ющий триггер, блок точного измерени , выход которого соединен со входом счетчика грубого измерени , входы управл ющего триггера подключены к тинам стоп- и старт-импульсов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений и упрощени  конструкции, в него введен блок прив зки, первый и второй входы которого соединены соответственно с щиной старт-импульсов и выходом генератора счетных импульсов, а выход - с первым входом блока точного измерени , второй вход которого подключен к выходу управл ющего триггера.

2.Измеритель по п. 1, отличающийс  тем, что блок прив зки содержит секционированную линию задержки, формирователь длительности счетных импульсов, четыре элемента И, четыре триггера и элемент 2И4ИЛИ , причем шина старт-импульса соединена с первыми входами элементов И, выходы которых соединены со входами соответствующих триггеров, пр мые выходы которых соединены с первой группой входов элемента 2И-4ИЛИ, вторые входы которого соединены соответственно с выходом формировател  и вторым входом первого элемента И, выходом первой секции линии задержки , вторым входом второго элемента И, выходом второй секции линии задержки и вторым входом третьего элемента И и выходом третьей секции линии задержки и вторым входом четвертого элемента И, инверсный выход первого триггера соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов И, инверсный выход второго триггера подключен к третьему входу первого элемента И и четвертым входам третьего и четвертого , инверсный выход третьего триггера соединен с четвертыми входами первого и второго и п тым входом четвертого элемента И, инверсный выход четвертого триггера подключен к п тым входам первых трех элементов И.

3. Измеритель по п. 1, отличающийс  тем, что блок точного измерени  содержит секционированную линию задержки, четыре ключа, четыре триггера, шесть элементов И и два элемента ИЛИ, причем первым входом

5 блока  вл етс  вход первой секции линии задержки, ко второму входу блока подключены первые входы ключей, ко вторым входам которых подключены выходы соответственно первой, второй, третьей и четвертой секций линии задержки, выходы ключей

0 соединены со входами соответствующих триггеров, пр мые выходь триггеров соединены с первыми входами соответствующих первых четырех элементов И, выходы которых подключены ко входам первого элемента ИЛИ, инверсный выход первого триггера соединен со вторым входом второго элемента И, первый вход которого подключен к первому входу п того элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и инверсным выходом

0 четвертого триггера, инверсный выход второго триггера соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом шестого элемента И, второй вход которого подключен к пр мому выходу четвертого триггера , инверсный выход третьего триггера

5 соединен со вторым входом четвертого элемента И, выходы п того и щестого элементов И подключены ко входам второго эле.мента ИЛИ.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 04 F 10/04, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР

JVo 551600, кл. G 04 F 10/04, 1975 (прототип).

ИМП- CffJff/imf /770/7 ЗШ. 2e/fejffff777ffJ 7ff

SM. rrj. &ш. ffffo fa /

вш.мт 4

Sb/x.cif.S

фег.

.