Цифровой измеритель временных интервалов с весовым усреднением

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

„„SU l514Ö9 А у

3(я) С .04 F 10/ 4

1 (,/

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3465974/18-21 (22 ) 07.07. 82 (46 ) 30. 10 . 83. Вюл. 9 40 (72 ) В.А. Карелин (53) 621 ° 317(088.8) (56 ) 1. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев, "Высшая школа", 1980, с. 165.

2. Авторское свидетельство СССР

9 842694, кл..G 04 F 10/04, 1981. (5Ф) (57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ С ВЕСОВЫМ УСРЕДНЕНИЕМ содержащий. генератор образцовой частотй, формирователь временных интервалов, элемент И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, и накапливающий сумматор, о т л и ч а ю шийся 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 компаратор, 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 синхронизации регистра, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, вход началь- Е ной установки которого соединен с входом начальной установки счетчика, а вход синхронизации накапливаквцего сумматора подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входу синхронизации формирователя времен" Я ных интервалов.

1051499

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использованЬ при построении высокоточных измерителей интервалов времени цифровых фазометрсв и частотомеров.

Известно устройство, содержащес формирователь временных интервалов, генератор образцовой частоты, элемент И и счет гик импульсов (L13 (-)

Недостатком данного устройства является низкая. точность измерения, так как среднеинтегральная оценка, используемая В этом измерителе„ не позволяет использовать всю полноту информации в измеряемой величине, а 1.-, следовательно, обладает малой точностью и помехоустойчивостью.

Наиболее близким по Tåõêè÷eñêoé сущности к предлагаемому является

f цифровой измеритель временных интер-. Валов с весовым усреднением, содержащий генератор образцово(- . частоты.. формирователь временных интервалов,. элемент И, накапт.иваю ий сумматор, счетчик, делитель частоть(, блок установки коэффициента деления,. блок управления, В котором вхоц устройства через формирователь вре— менных интервалов соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к входу блока уста-новки коэффициента деления, выходы которого соединены с Входами установки делителя частоты, Вход делителя частоты соединен с выходом геfepaTOра образцовой частоты, а Выход — Зэ с первым входом элемента И, второй вход элемента И соеди!-:ен о :=:Tорым выходом блока у-.равнения. а Выход .подключен к Входу сброса счетчика,. второй вход которогo подключен к п третьему выходу блока управлени)л„. информационный выход счетчика соединен с информационным входом накап.ливающего сумматора, второй вход кОтОрого пОдключен к четвертому Выходу блока управления.

Под действием 7g измеряемого временного интервала с Выхода формирователя временных интервалов блок управления открывает элемен; И и с помощью блока установки коэффициента деления устанавливает соответствующий k, коэффициент пересчета делителя частоты, импульсы генератора образцовой частоты 10, поделенные на М<, поступают через элемент И на счетный вход счетчика, после окончания интервала 7g(число, накопленное в счетчике, переносится в накапливающий сумматор, а сам счетчик обнуляется сигналом с выхода блока 69 управления (2) .

Недостатком данного устройства являются малый диапазон измеряемых временных ийтервалов, так как минимальная длительность входного сигналау

Ощэ(эделяется минимальной частотой следования импульсов на Выходе дели— теля (I астОты B также сравнительнО, низкая точность измерепия, обусловленная погрещностью установки дробных

Весовых коэффициентов.

L :,ель изобретения — рас()ире ие диа азон . измеряемых зремсн I — х и — ."терьатов и повышение точности изме" ения;

Постаьленная цель дос-игается тем, то В цифровой измеритель Временных интервалов с весовым усреднением, содержащий генератор образповой частоты, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом элемента И„ формирователь временных интервалов и накапливающий сумматор, дополнительно введены регистр, оормирователь кода э.)" е : енT ИЛИ и кодовый

L ;à Too . Вход;o" >ого псцклю -;ен к выходу счев=яка и к входу формирователя кода веса „Выход которого -.oе динен с информационным Вход эм регистр=-,,:IõoI сброса которого по; ключен к =-ыходу элемента ИЛИ, первый вход .)<Сторо-с соединен с выходом кодового !

IОмпаратОра и первым входом элемен" та И, а -.Toðîé вход элемента ИЛИ подключен к первому выходу (popMHpoBQ теля временных интервалов, второй выход которого соединен с вторым

Входом элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации ðåгистра, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, вход начальной установ. ки которого соединен с входом -:àльной установки счетчика, а вход синхронvза.ии накапливающего сумматора подключен к выходу генератора

Образцовой частоты и к входу синхронизации формирователя временных интервалов.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового измерителя; на фиг. 2 — временные диаграф ы сигналоВ В различных точках цифрОВсго измерителя:, на фиг. 3 — б — примеры реализации соответственно формирователя кода Веса(кодового компаратора и Ъ орми)эователя Временных интервалов, Цифровой измеритель временных интерВалОВ с весОВь м c/opeäíeHHeì (фиг. 1) содержЬТ генератор ) Образцовой частоты. формирователь 2 временных интерьалов, элемент И 3„ накаплиВающий су)) жа-.ор 4, регистр 3, формирователь б кода веса, счетчик 7,. кодовый компаратор 8 и элемент ИЛИ 9. Выход устройства через последовательно соединенные формирователь 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

25 накапливающего сумматора 4, нхо-: начальной установки которого соединен с входом начальной устанонки счетчика 7 и с входом запуска у«:р.." ства, выход генератора 1 образцовой частоты подключен к входам синхронизации накапливающего сумматора 4 и формиронателя 2 временных интервалов, выход счетчика 7 соединен с входом формирователя 6 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 нходом элемента

И 3, выход формирователя 6 кода )5 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 формирователя 2 временны . интервалов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом цикла измерения на выходе счетчика 7 установлен

<код б 3 (h+ (), где <> — число усредняемых временных интервалов. Если

8 (и I) то сигналы с выхода формирователя 2 временных интервалов через элемент И 3, проход сигналов через который разрешен единичным потенциалом с выхода кодового компаратора 8, поступают на счетный вход счетчика 7, пока не установят на его выходе код В = (и+ 1). При этом кодовый компаратор 8 устанавливает потенциал нулевого уровня на входе элемента И 3, запрещая тем самым проход сигналов на счетный вход счетчика 7 и через элемент ИЛИ 9 устанавливает 40 регистр 5 .в нулевое состояние.

Импульсы генератора I образцовой частоты поступают на вход синхронизации накапливающего сумматора 4, но не изменяют его состояния, так д как на информационном входе накапливающего сумматора 4 действует нулевой код с выхода регистра 5.

Очередной цикл измерения начинается после прихода сигнала "Запуск" (фиг.20 ), который сбрасывает в "0" память накапливающего сумматора 4 и счетчик 7. Так как код на выходе счетчика 7 стал 6 -= 0 с и, то кодовый компаратор 8 формирует,на своем выходе потенциал единичного уровня (фиг.2,5 ) который разрешает проход сигналов через элемент -И 3, а -через элемент ИЛИ 9 снимает сигнал начальной установки с регистра 5, подготавливая последний к приему информации. 60

Одновременно нулевой код с выхода счетчика 7 поступает на вход формирователя 6 кода веса, представляющего собой преобразователь типа код ,код. Формирователь 6 кода веса фор- g5.=:.< на овсе. .выходе, а следовательи на информационном входе регист. ра =. ;од 6 „ весового коэффициента о :,средняемого интервала. формирователь 2 временных интерн з>.ов вырабатывает импульс начала

-.=-нного интервала(фиг. 2, h,2), :aòoðoão благодаря

"привязан" к импульсам е;-- -рат. ра 1 образцовой частоты фиг. 2,), З-.îò импульс начала первого временного интервала через открытый элемент И 3 поступает на счетный вход счетчика 7 и вход синхронизации регистра 5, и по заднему фронту этого импульса код g перепис=:нается с выхода формиройателя 6 кода Врсе в регистр 5, а на выходе счет =пни .7 устанавливается код "1".

Код,; поступает на информационный ход накапливающего сумматора 4, которыи по синхросигналам с выхода генератора 1 образцовой частоты про-. изводит накапливающее суммирование код". g< . Одновременно код состояния

"1" счетчика .7 поступает на вход формирователя 6 кода веса, который (вырабатывает на своем выходе код g весового коэффициента второго,усред-. няемого интервала времени. К концу первого временного интервала в накапливающем сумматоре накопится число

П< ф„, где П< — число импульсов генератора 1 образцовой частоты, выработанных н течение первого временного интервала < . Импульс на-. чала второго измеряемого интервала

7 q через открытый элемент H 3 — eðåícñèò код б в регистр 5 с выхода формирователя 6 кода .веса и устанавливает счетчик:7 B состояние ".2"*

Теперь накапливающий сумматор 4 по каждому имгульсу генератора 1 об> р аз цовои = =-cт о-:ы прибавляет к своему содержимому кон О q и к концу второго временного и><тернала в накаплйваю«>е,:. су:. <а:оре 4 фиксируется .код

) < (< + << $ g Где Пя — число им пульсов генератора 1 образцовой час;.. >. тоты, выработанное в течение <

Одновременно .ормирователь 6 кода веса,. возбужденный состоянием "2" счетчика 7, вырабатывает код ф весового коэффициента третьего интервала времени Г„З

Таким образом, к моменту окончания П -ro временного интервала в накапливающем сумматоре 4 фиксиру

<< ется код .п< . и измеренный ин > — > тервал )",< будет равен

<< и xñp -,g o i - Ei xi иэч

l=", <=1 импульс начпа (и+1>)-го интервала времени устк: знает счетчик 7

P в состояние "> ->1". Нри этом, >>ос— кольку код !! >-1 больше кола !l, кодовый компаратор 8 с брасыв,>ет в "!1" регистр 5 и снимает разре!>ающи>! cH I нал с элемента И 3, заканчивая тем самым цикл и змерен>>я . Новый

5 измерения начинается с приходом cvrнала запуска.

Таким образом, минимальная длительность измеряемого интервала (,!,>>, л не зависит.от весовых коэф1О фицйейтов и определяется периодом си гналов генератора 1 образцовой частоты.

Наблюдается расширение диапазона. измеряемых длительностей.

Точность установки весовых козф- 15 фициентов (; в данном измерителе определяется только разрядностью формирователя 6 кода веса, которая практически может быть выбрана дос.— таточно большой. Следовательно, ве- зО совые коэффициенты могут быть заданы как дробными, так и целыми с практически неограниченной точностью.

На фиг. 3 показан пример реализации формирователя 6 кода веса, представляющего собои функциональный преобразователь код — коц, построенный на базе постоянных запоминающ>>х устройств. Он содержит дешифратор 10, который Выполняет роль преобразователя входного двоичного кода в единичный позиционный (многоканальный) код, и шифратор 11 — преобразователь единичного позиционного(многоканального) кода в двоичный код. Формирование g -ro весового коэффициента

° ° данном устройстве производится ва ремя дейСтвия (! — f )-го временноI

ro интервала . Импульс начала > - -го временного интервала переносит код в регистр 5,время задержки в кото 4О .ром легко получить ">. »»А. z !>, что исключает необходимость предварительной записи в накапливающий сумматор

4 числа N A и что в свою очередь позволяет повысить точность измерения.

Один из возможных вариантов реализации кодового компаратора, построенного иа базе элементов 2Й-2

ИЛИ 12 и 2 ИЛИ 13 и И 14 показан на фиг. 4.

На фиг, 5 изображен пример реа.лизаций формирователя 2 временных

HE>теpна>> >>> >>а Г>а:>». I>. т(>и! е .1>а J .> и инве1>т<>1>а 1!> для слу >а>! <.межных временных инте!авалов, входные имTI >>ë ьсь! посту лак> r че1>е з ин >>ep rr>p 1 Г> на вход начальной уота>>овки Р и информационный вход >> 5, -триггера .15, на вход синхронизации С которого подаются импульсы ое>раэцовой частоты. При этом на инверсном выходе и, †тригге 15 формируется импульс, передний фронт которого со» падает с передним фронтом сигнала, а задний соответствует моменту прихода первого импульса образцовой частоты после окончания данного входного импульса.

На фиг. 6 приведен пример реализации формирователя 2 временных интервалов для случая несмежных измеряемых интервалов времени. Он содержит четыре инвертора 17, два элемента И-НЕ 18 и два А -триггера 19. Входной -й сигнал временного интервала поступает на схему выделения переднего и заднего фронта, состоящую из инверторов 17 и элементов И-НЕ 18, которая формирует на выходе соответствующих элементов

И-HE 18 импульсы начала и конца ! --го измеряемого интервала.

Эти импульсы поступают на входы сброса >> и информационные входы Д соответствующих Д, -триггеров .19, на входы синхронизации которых поступают импульсы образцовой частоты, что обеспечивает "привязку" задних фронтов сигналов на инверсных выходах

Д -триггеров 19 к импульсам образцовой частоты.

В качестве Д -триггеров могут быть использованы микросхемы типа

13ОМ2, 133ТМ2, 136ТМ2, 53ОТИ2 и др., обладающие способностью не реагировать на измененйе сигнала на информационном входе Д в течение длительности сигнала на входе синхронизации.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет в К, „„» раз расширить диапазон измеряемых интервалов путем устранения зависимости периода импульсов от величины весовых коэффициентов и повысить точность измерения за счет снижения погрешности установки весовых коэффициентов.

1051499

lJIJJ,,6

Ц)ие. 2

Составитель В. Муляр

Редактор С. Пекарь Техред M.Тепер Корректор А. Дзятко

Закаэ 8663/46 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4