Цифровой измеритель отношения временных интервалов

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах и цифровых системах автоматического контроля и управления. Изобретение позволяет повысить быстродействие за счет сокращения времени измерения дробной части отношения . Поставленная цель достигается за счет т того, что вычисление дробной части отношения начинается после окончания временного интервала и осуществляется путем сравнения текущего кода остатка по каждому из двоичных разрядов дробной части , начиная с младшего разряда с кодом, содержащимся в соответствующем количестве старших разрядов кода временного интервала и определения дробной части отношения по каждому двоичному разряду в момент окончания временного интервала и достигается за счет введения в измеритель элемента НЕ 6, блока 8 счетчиков, блока 12 компаратора, блока обнуления 15 счетчиков и регистра 16. Измеритель также содержит ключи 1, 4, счетчики 9, 13, 14 импульсов, блок 10 сравнения кодов и элемент И 11. 5 ил. (Л С

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 04 F 10/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

,ф М 1 QG .М .Ъ !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785136/21 (22) 22.01.90 (46) 23.06.92, Бюл, М 23 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (72) К. В. Колесников и Ю. А. Торопов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 983644, кл, G 04 F 10/04, 1981, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ OTHOLLjEНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах и цифровых системах автоматического контроля и управления. Изобретение позволяет повысить быстродействие за счет сокращения времени измерения дробной части отношения. Поставленная цель достигается за

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах и цифровых системах автоматического контроля и управления.

Известно устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее генератор импульсов, два элемента

И, счетчик. вычитающий счетчик, элемент

ИЛИ, одновибратор и счетчик результата.

Недостатком измерителя является низкая точность, так как определяется только целая часть отношения времен н ых интервалов.

Известно устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее генератор импульсов, триггер, одновибратор, элемент НЕ, делитель частоты, четыре элемента И, управляемый делитель частоты, два счетчика, блок сравнения кодов, дешифратор нуля и счетчик результата.. Ы 1742783 А1 счет т того, что вычисление дробной части отношения начинается после окончания временного интервала и осуществляется путем сравнения текущего кода остатка по каждому из двоичных разрядов дробной части, начиная с младшего разряда с кодом, содержащимся в соответствующем количес;ве старших разрядов кода временного интервала и определения дробной части отношения по каждому двоичному разряду в момент окончания временного интервала и достигается за счет введения в измеритель элемента НЕ 6, блока 8 счетчиков, блока 12 компаратора, блока обнуления 15 счетчиков и регистра 16. Измеритель также содержит ключи 1, 4, счетчики 9, 13, 14 импульсов, блок 10 сравнения кодов и элемент И 11. 5 ил.

Недостатком устройства является низкое быстродействие, так как вычисление дробной части отношения определяется после окончания временных интервалов и время измерения дробной части отношения пропорцион ал ь но коэффициенту увел ичен ил точности К и может достигать К интервалов времени делителя, Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является цифровой измеритель отношения временных интервалов, содержащее блок управления, коммутатор, два счетчика, генератор опорной частоты, управляемый делитель частоты, элемент ИЛИ, блок сравнения кодов, группу вентилей, формирователь импульсов, два элемента И, два дополнительных счетчика, два электронных ключа и счетчик результата, причем выходы первого счетчика подключены к установочным вхо1742783 дам управляемого делителя частоты, вход сброса второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, первые выходы ключей подключены соответственно к первой и второй входным шинам устройства, вторые 5 входы ключей объединены и подключены к выходу генератора образцовой частоты, первому входу первого элемента И и входу управляемого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу второго 10 элемента И и первому входу блока управления, первый выход которого подключен к вторым входам первого и второго элемента

И, выход первого ключа соединен с первым входом формирователя импульсов и, счет- 15 ным входом первого дополнительного счет-. чика, выход второго ключа соединен со счетным входом первого счетчика и вторым входом формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу блока 20 управления, третий вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, первая и вторая группы входов которого подключены соответственно к выходам разрядов первого и второго дополнительных счетчиков им- 25 пульсов, выход первого элемента И соединен со счетными входами второго дополнительного и второго счетчика импул сов, выход вгорого элемента И соединен с входом коммутатора и первым входом эле- 30 мента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления и управляющему входу коммутатора, выходы которого соединены с входами разрядов счетчика результата, третий выход блока уп- 35

/ равления подключен к входу сброса второго дополнительного сигнала и управляющему входу группы вентилей, сигнальные входы которой соединены с выходами разрядов второго счетчика, а входы подключены к 40 входам установки кода первого дополнительного счетчика. Недостатком устройства является низкое быстродействие, так как вь,числение дробной части отношения производится после окончания временного ин- 45 тервала делимого и время измерения дробной части отношения определяется произведением суммы цифры десятичных разрядов дробной части на длительность временного интервала делителя, 50

Цель изобретения — повышение быстродействия за счет сокращения времени измерения дробной части отношения.

Техническая сущность предполагаемого изобретения заключается в новой орга- 55 низации цифрового измерителя отношения временных интервалов, а именно вычисление дробной части отношения начинается после окончания временного интервала делителя и осуществляется путем сравнения текущего кода остатка по каждому из двойных разрядов дробной части, начиная с младшего разряда, с кодом, содержащемся в соответствующем количестве старших разрядов кода временного интервала делителя, и определения дробной части отношения по каждому двоичному разряду s момент окончания временного интервала делителя. Поставленная цель достигается за счет того, что в цифровой измеритель отношения временных интервалов, содержащий три счетчика, генератор опорной частоты, блок сравнения кодов, формирователь импульсов, элемент И, два ключа дополнительно введены элемен НЕ, блок счетчиков, блок компараторов, блок обнуления счетчиков и регистр, причем выход первого ключа соединен с первым входом блока счетчиков, выход блока сравнения кодов соединен с первым входом элемента И, Bb!xop, которого соединен со счетным входом третьего счетчика, входом обнуления первого счетчика, первым входом блока обнуления счетчиков и первым входом вгорой группы входов блока счетчиков, I-й вход которой (i =-2„...m) соединен соответственно с (i — 1)-м выходом блока обнуления счетчиков, i å входы которого соединены соответственно с (i i)-м выходом блока коммутаторов и (1-1)-м входо л регистра, ITI-ë BxGp, которого соединен с m-м выходом блока комnapaònpos, j-e информационнь:е входы (j =- 1„.,m) первой группы входов которого соединены соответственно с j-ми кодовыми выходами блока счетчиков, первая входная шина соединена с входом формирователя импульсов. выход которого соединен с входом установки регистра. вторая входная шина соединена с входом злемен:, а НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента!!l, кодовый выход второго счетчика соединен с вторым информационнь;м входом блока сравнения кодов, j-e информационные входы второй группы входов блока компараторов соединены с (и — j)-ми старшими ра:;рядами и-разрядного кодового выхода второго счетчика. Подсчет дробной части от. :.эшения временных интервалов начинается в момент окончания временного интервала делителя (Т2) и осущестсляется путем сравнения текущего кода остатка по ка>кдому из двоичных разрядов дробной части, начиная с младшего разряда, с кодом, содержащимся в соответствующем количестве старших разрядов кода временного интервала делителя, и величина дробной части отношения определяется в мом :т окончания временного интервала дели:еля (Т;) за счет того, что выход первого клюя соединен с первым входсм блока счетчико"., вы1742783 ход блока сравнения кодов соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока обнуления счетчиков и первым входом второй группы входов блока счетчиков, -й вход которой (i =

2,...,m) соединен соответственно с (i — 1)-м входом регистра, m-й вход которого соединен с m-м выходом блока обнуления счетчиков, i-e входы которого (i = 2,...,m) соединены соответственно с (i — 1)-м выходом блока компараторов и (И)-м 5 выходом блока компараторов, j-e информационные входы (j = 1,...,m) первой группы входов которого соединены соответственно с j-ми кодовыми выходами блока счетчиков, первая входная шина соединена с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом установки регистра, выход элемента НЕ соединен с вторым входом элемента И, j-e информационные входы второй группы входов блока компараторов соединены с (и — ))-ми старшими разрядами и-разрядного кодового выхода второго счетчика.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг, 2 — структурная схема блока счетчиков; на фиг. 3 — схема блока компараторов; на фиг, 4 — схема блока обнуления счетчиков; на фиг. 5 — временные диаграммы работы измерителя.

Первый вход первого ключа 1 (см. фиг.

1) является первым входом устройства и соединен с первой входной шиной 2 и входом формирователя 3 импульсов, первый вход второгс ключа 4 является вторым входом устройства v соединен с второй входной шиной 5 и. входом элемента НЕ 6, второй вход второго ключа 4 соединен с выходом генератора 7 опорной частоты и вторым входом первого ключа 1, выход которого соединен с первым входом блока 8 счетчиков и счетным входом первого счетчика 9, кодовый выход KQTopoi0 соединен с первым информационным входом блока 10 сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом элемента И 11, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 6, j-e кодовые выходы (j = 1,...,m) блока 8 счетчиков соединены соответственно с j-ми информационными входами первой группы входов блока 12 компараторов, j-e информационные входы второй группы входов которого соединены соответственно с (n — j)-ми старшими разрядами и-разрядного кодового выхода второго счетчика 13, кодовый выход которого соединен с вторым информационным входом блока 10 сравнения кодов, а счетный вход второго счетчика 13 соединен с выходом второго ключа 4, выход элемента

И 11 соединен с входом обнуления первого счетчика 9, счетным входом третьего счетчика 14, первым входом блока 15 обнуления счетчиков и первым входом второй группы отношение которых требуется вычислить (см. фиг, 5,а,б). Сигналом, поступающим на вторую входную шину 5 и проходящим через элемент 6 НЕ, запирается элемент И 11.

Ключ 1 открывается и в течение времени Т> на счетчик 9 поступают импульсы частотой

F> с генератора 7 опорной частоты (см. фиг.

5 в). Одновременно ключ 2 открывается и в течение времени Tz на счетчик 13 поступают импульсы частотой F< с генератора 7 опорной частоты (см. фиг. 5 г). В качестве ключей могут быть использованы логические элементы И. Содержимое счетчика 13 нарастает в течение времени Tz, В момент окончания Tz ключ 4 закрывается, на счетчик 13 перестают поступать импульсы частоты Fo, в счетчике 13 сохраняется код Nz =

Fp Tz. Одновременно на выходе элемента

НЕ 6 появляется сигнал логической единицы (см. фиг, 5 д), отпирающий элемент И 11.

Так как на ключи 1 и 4 поступают одновременно импульсы частотой Fo с выхода генератора 7 опорной частоты, то в момент окончания Тг в счетчике 9 содержится также код Nz, При равенстве кодов на первом и втором входах блока 10 сравнения íà eão выходе сигнал принимает значение логической единицы, Этот сигнал, проходя через элемент И 11, обнуляет счетчик 9, переводя тем самым выходной сигнал блока 10 сравнения кодов в нулевое положение (см. фиг.

5 е). Блок 10 сравнения кодов может быть реализован на цифровых компараторах стандартных серий, например 564ИП2 или

К555СП1. Одновременно импульсный сигнал с выхода элемента И 11 поступает на счетный вход счетчика 14 и первый вход второй группы входов блока 8 счетчиков и первый вход блока 15 обнуления счетчиков.

В счетчике 14 записывается единица, которая обозначает, что в интервале Т1 в момент окончания Тг укладывается ровно один интервал Тг. В дальнейшем на счетчик 9 поступают импульсы с частотой Fo, содержимое счетчика 9 нарастает до момента равенству коду Nz, в моменты равенства кодов импульс с выхода блока 10 сравнения кодов (см. фиг. 5 е) через элемент И 11 обнуляет счетчик 9 и прибавляет 1 к содержимому счетчика 9. В момент окончания Т1 ключ 1 закрывается и импульсы прекращают поступать на счетчик 9. В этот момент в счетчике

14 хранится целая часть отношения временных интервалов.

Рассмотрим работу устройства при определении величины дробной части отноше1742783 ния временных интервалов, Импульсы частотой Fo с выхода ключа 1 одновременно с поступлением на счетный вход счетчика 9 поступают на счетный вход блока 8 счетчиков. По окончании интервала Tz импульс с выхода элемента И 11 (см. фиг, 5 ж) поступает на первый вход второй группы входов блока 8 счетчиков для обнуления входов блока 8 счетчиков, i-й вход которой (i =

2,...,m) соединен соответственно с (i — 1)-м выходом блока 15 обнуления счетчиков, i-e входы которого (i = 2,...,m) соединены соответственно с {i — 1)-м выходом блока 12 компараторов и (i — 1)-м входом регистра 16, m-й вход которого соединен c m-м выходом блока 12 компараторов, выход формирователя

3 импульсов соединен с входом установки регистра 16. Блок 8 счетчиков (см. фиг. 2) содер>кит m счетчиков, счетные входы всех счетчиков соединены между собой и представляют собой первый вход блока счетчиков, вход обнуления счетчика 8-j (j =- 1,...,п;) представляет собой вход(2-j) второй группы входов блока 8 счетчиков, информационные выходы счетчиков (8-j) представляют собой

j-e выходы блока 8 счетчиков.

Блок 12 компараторов (см. фиг. 3) содержит m компараторов, первый вход компаратора (12-j) O = 1„.„m) представляет сооой (1 — j)-й вход первой группы входов блока 12 компараторов, второй вход компаратора (12-j) представляет собой (2-j)-й вход второй группы входов блока 12 компараторов, выход компаратора (12-j) представляе собой

j-й выход блока 12 компараторов, Блок 15 (см. фиг. 4) обнуления счетчиков содержит m формирователей импульсов и (m-1) элементов ИЛИ, входы формирователей (17-j) импульсов (j = 1,...,m) являются соответственно j-ми входами блока 15 обнуления счетчиков, выход формирователя (17.1) импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ 18.1, выходы элементов ИЛИ (18 — (i-1)) (i =2„„,m) являются соответственно (-1)-ми выходами блока 15 обнуления счетчиков, выходы элементов ИЛИ (18+2)) (i > 3) соединены с первыми входами соответственно элементов ИЛИ (18 — (i-1)), вторые входы которых соединены соответственно с выходами формирователей (17.i) импульсов

{i = 2...„m).

Измеритель мо>кет быть реализован на основе интегральных микросхем, логических схем микросхем, счетчиков, компараторов, регистров стандартных серий, например серии 564 ОСТ 11 340.907-80 или серии 155.

Измеритель работает следующим образом, В исходном состоянии счетчики 9, 13, 14, счетчики блока 8 счетчиков и регистр 16 находятся в состоянии логического нуля, ключи 1 и 4 закрыты. На первую 2 и вторую

5 5 входные шины измерителя подаются импульсы с длительностями, соответствующими временным интервалам Т> и Т счетчика

8.1 (счетчика старшего разряда блока 8 счетчика). Одновременно импульс с выхода эле10 мента И 11 поступает на первый вход блока

15 обнуления счетчиков, Импульс с первого входа блока 15 обнуления счетчиков поступает на формирователь (17.1) импульсов старшего разряда, который формирует ко15 роткий импульс, который, проходя последовательно через элементы ИЛИ, начиная с элемента (18.1) ИЛИ до элемента ИЛИ (18— (m-1)) образует импульсы на всех ьыходах блока 15 обнуления счетчиков. (см, фиг. 5

20 з,и,к). Эги импульсы поступают на входы второй группы входов, начиная с второго по

m, и обнуляют соответствующие счетчики блок Я счетчиков. Таким образом, импульс с выхода элемента ИЛИ 17 в момснтоконча25 ния интервала Tg обнуляет ВсВ счетчики блока 8 счетчиков. Это свидетельствует о том, что в данный моментдробная часть отношения временных интервалов равна нулю, Аналогичным образом осуществляется об30 нуление блока 8 счетчиков и в дальнейшем при выдаче импульсов с выхода элемента

ИЛИ 11, т.е. в моменты, когда интервал Тр укладывается целое число раз в интервал Т;.

Импульсы с выхода ключа 1, поступающие

35 на счетный вход блока 8 счетчиков, одновременно изменяют содержимое каждого счетчика в блоке 8 счетчиков на единицу, Кодовые сигналы с выхода счетчиков (8-j) (i =- 1„„,m) поступают íà j-e входы первой

40 группы входов блока 12 компараторов, Блок

12 компараторов состоит из цифровых компараторов, ка>кдь:и из которых построен аналогично блоку 10 сравчения кодов. На вторую группу входов компаратора (12-j) по45 ступает кодовый сигнал с (и-j) старших разрядов и-разрядного кода Мг счетчика 13. Так первый компаратор (12.1) сравнивает код с выхода счетчика (8.1) с кодом (12.1) старших разрядов кода N2. В момент равенства ко50 дов на выходе компаратора (12.1) появляется сигнал логической единицы (см. фиг. 5 л), который поступает на второй вход блока 15 обнуления счетчиков. Второй формирователь (17 — 2) импульсов блока 15 обнуления

55 счетчиков организует короткий импульс в момент изменения на его входе сигнала из

"0" в "1". Этот импульс проход:,:т. на все выходы блока 15 обнуления сче; ков (см. фиг, 5 з,и,к), затем поступает на входы обнупения счетчиков блока 8 счетчиков начиная

1742783

10 счетчиков, начиная со счетчика (8,3) и до счетчика (8.m) Третий компаратор (12.3) срав- 15 (12.3) появляется сигнал логической единицы (см, фиг. 5 н), который поступает на 4 20

Г m

|и,== l ц + „> nj Т2 + Тпр, ) =-1 со счетчика (8.2) и до счетчика (8,m). Второй компаратор (12.2) сравнивает код с выхода счетчика (8.2) с кодом (n-2) старших разрядов кода N. В момент равенства кодов на выходе компаратора (12.2) появляется сиг- нал логической единицы (см. фиг, 5 м), который поступает на третий вход блока 15 обнуления счетчиков, Третий формирователь (17.3) импульсов формирует короткий импульс, который проходит íà все выходы блока 15 обнуления счетчиков; начиная с второго выхода (см, фиг. 5 и,к), Эти импульсы поступают на входы обнуления блока 8 нивает код с выхода счетчика (8,3) с кодом (n-3) старших разрядов кода N2. В момент равенства кодов на выходе компаратора выход блока 15 обнуления счетчиков, на выходах которого формируются импульсы, начиная с третьего выхода (см. фиг. 5 к). Эти импульсы обнуляют счетчики блока 8 счетчиков со счетчика (8.4) до счетчика (8,m).

Аналогичным образом работают и последующие компараторы блока 12 компараторов.

Одновременно выходные сигналы компараторов поступают на соответствующие входы регистра 16. Выходной сигнал младшего компаратора (12,m) поступает только на младший вход (m-вход) регистра 16.

Измеритель обеспечивает знание величины дробной части отношения временных интервалов в любой момент времени, начиная с окончания интервала Т2. На входах регистра 16 имеется текущая информация о дробной части отношения в долях Т: 2

2 „„,2 m, начиная с первого входа и до входа m. В момент окончания интервала Т1 ключ 1 закрывается, подача импульсов на блок 8 счетчиков прекращается, формирователь 3 импульсов вырабатывает короткий импульс регистра 16. H регистре 16 запоминается состояние сигналов на его входах в момент подачи импульса. В регистре 16 хранится код дробной части отношения временных интервалов.

Таким образом, в,предлагаемом измерителе обеспечивается вычисление целой и дробной части отношения временных интервалов за время интервала делимого Ò1 и не требуется дополнительное время íà операцию деления, что приводит к повышению быстродействия устройства, Время измерения отношения временных интервалов для прототипа составляет

55 гДе Мц — количество Целых интеРвалов Т2, укладывающихся в интервал Т1;

nj — величина j-го десятичного разряда после запятой;

Т,р — время для подготовки всех блоков к новому циклу.

Если на измеритель поступают сигналы с длительностями T1 = 10 — 15 мс, 1 мс < T2 <

Т1, то для предлагаемого измерителя время измерения составляет 7 3M = Т1 = 10 — 15 мс.

Для прототипа при вычислении отношения с точностью до третьего знака после запятой время измерения отношения временных интервалов составляет Т1 < Ти,< Т1 + 9 .3

Т2. Дополнительное время на вычисление дробной части отношения может составлять (27 — 412) мс. Предлагаемый измеритель не требует этого дополнительного времени на вычисление дробной части отношения. Точность измерителя обеспечивается за счет количества счетчиков блока счетчиков и компараторов блока компараторов.

Введение новых блоков и функциональных связей позволяет повысить быстродействие цифрового измерителя отношения временных интервалов за счет сокращения времени измерения дробной части отношения при сохранении точности устройства, что особенно существенно сказывается при использовании измерителя в информационно-изviåðèòeëüнblx системах и системах автоматического управления при длительностях импульсов, составляющих ст единиц миллисекунд до секунд.

Формула изобретения

Цифровой измеритель отношения временных интервалов, содержащий первый. второй и третий счетчики импульсов, генератор опорной частоты, блок сравнения кодов, формирователь импульсов, элемент И, первый и второй ключи, первые входы которых соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства, вторые входы первого и второго ключей обьединены и соединены с выходом генератора образцовой частоты, выход первого ключа соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, кодовый выход и которого выход BTGporo ключа соединен со счетным входом в-орого счетчика импульсов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия за счет сокращения времени измерения дробной части отношения временных интервалов в него введены элемент НЕ, блок счетчиков, блок компараторсв, блок обнуления счетчиков и регистр, причем выход первого ключа соединен со счетным входом блока счетчиков, выход блока сравнения кодов соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен

1742783

12 со счетным входом третьего счетчика импульсов, входом обнуления первого счетчи-. ка импульсов, первым входом блока обнуления счетчиков и первым входом группы входов блока счетчиков, остальные входы группы входов блока счетчиков соединены соответственно с группой выходов блока обнуления счетчиков, группа входов которого соединена соответственно с выходами блока компараторов, кроме последнего, и с входами регистра, кроме последнего, последний вход которого соединен с последним выходом блока компараторов, первые информационные входы которого соединены соответственно с кодовыми выходами блока счетчиков, первая входная шина соединена с входом формиро5 вателя импульсов, выход которого соединен с входом установки регистра, вторая входная шина соединена с входом элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, кодовый выход второго счетчи10 ка импульсов соединен с вторым информационным входом блока сравнения кодов и вторыми информационными входами блока компараторов.

1742783

1742783

14 . шшшшшппшшшшш

ШШШ)!

Uif-3 ЩЦД ШЩШШЛ

I I I I I I l > l I i l I l i l l l l

ЛШШ lid. ×ËË

1 м trpb ! Ри?. 5

Составитель К,Торопов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Q,ÊðàBöoBà

Редактор Т. Шагова

Заказ 2284 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )K-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101