Преобразователь временных интервалов в код

 

ОПИСАНИЕ я пц687590

) Союз Советских

Социалистических

Республик.<

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Яополнительное к авт. санд-ву— (22) Заявлено 260777 (21) 2514028/18-21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 03 К 13/20

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 2 509.79. Ьоллетень М 3 5 (53) УДК 681 . 325 (088. 8) Яата опубликования описания 28.09.79 (72) Авторы

ИЗобрЕт@ИИя B.H. Бухавцев, H.M. Нуждин и B.B. Оборский (71) Заявитель

, 54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЕННЬ)Х ИНТЕРВАЛОВ

В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в аналого-цифровых преобразователях.

Выходные напряжения датчиков угла преобразователей, угол-код с промежуточным преобразованием угла в фазу синусоидального напряжения и временной интервал можно охарактеризовать как периодические сигналы с равными, полупериодами ..Таким образом, преобразование в двоичный код временных интервалов, ограниченных укаэанньми сигналами, является широко распространенной задачей.

Известен преобразователь, содержащий источник импульсов, с первого выхода которого разрешается прохождение на вход счетчика импульсов (в момент, соответствующий переднему фронту первого управляющего импульса), частота которых в два раза меньше частоты следования импульсов на выходе генератора калиброванной частоты (1) . В течение времени, ограничен. ного окончанием действия первого управляющего импульса и передним фронтом второго управляющего импульса с второго выхода источника импульсов, на вход счетчика поступают импульсы с выхода генератора калиброванной частоты. В течение времени, ограниченного передним фронтом второго управляющего импульса и окончанием его действия, частота импульсов, поступающих на вход счетчика, вновь уменьшается в два раза. Таким. образом, в счетчике фиксируется код, пропорциональный временному интервалу между серединами длительностей двух управляющих импульсов.

Однако в этом устройстве время преобразования зависит от длительности управляющих импульсов; увеличивается погрешность преобразования временного интервала, ограниченного управляющими импульсами, при изменяюшихся в процессе эксплуатации преобразователя длительностях управляющих импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является.преобразователь, в котором импульсы, вырабатываемые генератором тактовой частоты, подсчитываются в счетчике в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами старти стоп-импульсов или стоп- и стартимпульсов. При этом в счетчике фиксируется код, пропорциональнь:й измеряе687590 мому временному интервалу или его дополнению к периоду, а максимальное время измерения временного интервала с момента подачи импульса опроса до окончани я счета не превышает одного периода между старт-импульсами (стопимпульсами) (2) .

Недостатком этого преобразователя является относительно малое быстродействие.

Целью изобретения является повы:шение быстродействия, Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пять RS-триггеров, прямой выход первого из которых соединен с управляюшими входами второго и третьего вентилей, основной формирователь старт-импульса, выход которого через второй вентиль соединен с S входом второго RS-триггера, вход основного формирователя старт-импульса соединен с шиной старт-сигнала, основной 25 формирователь стоп-импульса, выход которого через третий вентиль соединен с S входом третьего триггера, вход основного формирователя стопимпульса соединен с шиной стоп-сигна" 30 ла, выходы четвертого и пятого вентилей подключены к S входам четвертого и пятого триггеров соответственно, дополнительно введены формирователь старт-импульсов, формирова- 35 тель стоп-импульса, элемент НЕ;. два

ВЯтриггера, десять элементов И, пять элементов ИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импульса соединен с входом дополнительного формирователя старт-импульса, выход которого соединен с первыми входами четвертого вентиля, первого и второго элементов И, вход основного фсрмирователя стоп-импульса соединен с входом дополнительного формирователя стоп-импульса, выход которого соединен с первыми входами пятого вентиля,.третьего и четвертого элементов И, выход основного формирователя старт-импульса подключен к первьм входам пятого и шестого элементов И, а выход основного формирователв стоп-импульса соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов Ъ; выходы второго, третьего, чет- 55 вертого и пятого RS-триггеров через первый дополнительный элемент ИЛИ подключены к второму входу первого вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, 60 кроме того, выход второго RS-триггера соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, выход четвертого RS-триггера соединен с вторыми входами третьего и седьмого 45 элементов И, выход пятого RS-триггера соединен с вторыми входами второго и шестого элементов И, выход третьего RS-триггера соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И, третьи входы элементов И с первого по восьмой объединены и соединены с выходом первого дополнительного RS-триггера, выходы первого, пятого, второго и шестого элементов

И через основной элемент ИЛИ соединены c S входом триггера знака и с .первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены выходы седьмого и четвертого элементов И, выходы второго, третьего, пятого и восьмого элементов И через третий дополнительный элемент ИЛИ соединены с S входом второго дополнительного

RS-триггера и четвертым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключен к S входу первого дополнительного

RS-триггера и непосредственно к

R входу первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с R входом первого дополнительного RS-триггера, прямой выход первого RS-триггера подключен к управляющим входам первого, четвертого и пятого вентилей и к второму входу четвертого дополнительного. элемента ИЛИ, выход последнего разряда счетчика импульсов через элемент НЕ подключен к первому входу девятого элемента И и непосредственно. к первому входу десятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго дополнительного RS-триггера подключены к вторым входам соответственно девятого и десятого элементов

И, выходы которых соединены с входами пятого дополнительного элемента

ИЛИ, При этом в преобразователе временных интервалов в код им?тульсы, вырабатываемые генератором тактовых импульсов, .подсчитываются счетчиком в течение времени, ограниченного передними фронтами двух ближайших по времени после поступления на вход преобразователя импульса опроса импульсов, соответствующих началам и серединам периодов старт- и стопсигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя временных интервалов в код; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы его работы при одном из возможных вариантов расположения во времени импульса опроса, старти стоп-сигналов.

Преобразователь содержит генератор.1 тактовых импульсов, вентили

2-б, элементы И 7-16, счетчик 17 импульсов, элемент НЕ 18, элементы

HJIH 19-24, триггер 25 знака, RS-триг601590 геры 26-32, формиронатели 33 и 34 старт-импульса, Формирователи 35 и

36 стоп-импульса.

Выходы счетчика 17 импульсов и элементов ИЛИ 19 являются выходом устройства. 5

Преобразователь работает следующим образом.

В начале каждого измерения подается сигнал установки всех триггеров устройства н нулевое состояние.

На входы формирователей 33 и 34 импульсон поступает старт-сигнал в виде напряжения, например, синусоидальной формы, на входы формирователей

35 и 36 импульсов стоп-сигнал такой же формы (см. Фиг. 2). На выходах формирователей 33 и 35 формируются импульсы при изменении знака входных сигналон с минуса на плюс,,а на выходах формирователей 34 и 36 — с плюса на минус. В результате получаем четыре временных интервала Т1, Т, Т1, Т!,, ограниченных передними фронтами импульсов на выходах формирователей

33-36 импульсов. В зависимости от фазовых соотношений старт- и стоп-сиг- 2э налон истинное значение временного интервала может быть равно Т или

2Т3 +Т, а его дополнение к пе— риоду соответственно равно Т +2Т или Т .(см. Фиг. 2) . 30

Дальнейшая работа преобразователя определяется расположением импульсов на выходах формирователей 33-36 по отношению к импульсу опроса, фиксируюшему начало измерения. Временные 35 диаграммы, представленные на фиг. 3 поясняют работу преобразователя в случае, когда длительность измеряемого временного интервала T1(меньше половины периода старт-сигнала (стоп- 4(3 сигнала), а импульс опроса поступает в течение временного интервала

Т -Т !. Импульс опроса поступает на

S вход триггера 32,,устанавливая его в единичное состояние. При этом с прямого выхода триггера 32 на входы вентилей 2-6 поступает разрешаюший потенциал. Однако вентиль 2 закрыт запрещающим потенциалом с ныхоца элемента ИЛИ 24. Сигнал с прямого выхода триггера 32 поступает также на вход элемента ИЛИ 20, сигнал с выхода которого поступает на S вход триггера 26. При этом на выходе триггера.

26 формируется разрешающий потенциал, поступаюший на входы элементов И /-14 Я

Первый после импульса опроса импульс, сформированный из стоп-сигнала на выходе формирователя 35, через элемент

И 15 псступает íà S вход триггера 30, устанавливая его в единичное состоя- 60 ние. При этом с выхода триггера 30 раэрешаюший потенциал поступает на входы элементов И 9 и 10 и через элемент.ИЛИ 24 — на -вход вентиля 2, разрешая прохождение импульсов с вы- 65 хода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 на вход счетчика 17 импульсов. Сформированный из стартсигнала на выходе формирователя 34 импульс через элемент И 9, на который поступают два разрешаюших потенциала с выходов триггеров 26 и

30, и далее через элементы ИЛИ 22 и

23 поступает на вход элемента ИЛИ 21 и $ входы триггеров 25 и 27, устанавливая их н единичное состояние. Через элемент ИЛИ 21 импульс поступает на

R вход триггера 32, устанавливая его передним фронтом в нулевое состояние.

При этом на прямом выходе триггера

32 формируется потенциал, запрещающий прохождение импульсов через вентили 2-6. Подсчет импульсов счетчиком 17 прекрашается и в счетчике фиксируется код, пропорциональный интервалу времени Т (см. Фиг. 2а).

В связи с тем, что интервал времени Т меньше полонины периода стартсигнала, в старшем разряде счетчика, емкость которого соответствует числу импульсов, пропорциональному периоду старт-сигнала (стоп-сиги ла), фиксируется нулевое значение кода, что соответствует единичному значению на выходе элемента НЕ 18. Следовательно, на каждый из двух входов элемента

И 15 поступает соответствующий логи- . ческой единице потенциал с ныхода элемента НЕ 18 и прямого выхода триггера 27. На И формируется сигнал, соответствуюший логической единице, который через элемент ИЛИ 19 поступает на выход преобразователя, представляя собой стар-. ший и разряд кода. Поступаюшие на входы элемента И 16 с выхода старшего разряда счетчика 17 и инверсного выхода триггера 27 сигналы, соответстнуюшие логическому нулю, формируют на .выходе элемента И 16 сигнал, соответствующий логическому нулю, который не изменяет сигнал на выходе элемента ИЛИ 19. Зафиксированный в счетчике 17.код с первого по (n-1) . разряды, пропорционален временному интервалу между передними фронтами импульсов на выходах формирователей

35 и 34, а значек,:е кода в старшем и разряде на выходе элемента ИЛИ 19 соскветствует временному интервалу между передними фронтами импульсов на выходе формирователей 34 и 33 или половине периода старт-сигнала (стоп-сигнала). Таким образом, полученное значение кода пропорционально дополнению.к периоду измеряемого временного интервала Тц, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака.

Импульс с выхода формирователя 34 импульсов за счет разницы в задержках переключения элементов преобразователей может также через вентиль 4

687590 поступить на S вход триггера 29 и установить его в единичное состояние.

Однако это не повлияет на сформирован ное значение кода, потому что, как уже указывалось выше, прохождение импульсов с выхода генератора 1 через вентиль 2 не разрешается запрещающим потенциалом с прямого выхода триггера 30.

Импульс с выхода элемента ИЛИ 21 через элемент ИЛИ 20 поступает на 10

S нход триггера 26, удерживая его в состоянии, при котором с выхода триггера 26 разрешающий потенциал продолжает поступать на входы элементов

И 7-14. По окончании действия импуль- (5 са на выходе элемента ИЛИ 21 триггер

26 устанавливается в нулевое состояние сигналом, поступающим на его

R вход с инверсного выхода триггера

32. При этом с выхода триггера 26 на входы элементов И 7-14 поступает запрещающий потенциал и импульсы, формируемые в дальнейшем на выходах формирователей ЗЗ-З6..импульсов> не могут изменить значения старшего разряда кода и сигнала на выходе триггера 25 знака. Задержка изменения состояния триггера 26 на время, равное длительности импульса на выходе элемента

ИЛИ 21, обеспечивает уверенное срабатывание триггеров 25 и 27, которое 30 не зависит от задержек элементов устройства.

Таким образом, время преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала). 35

В случае, если длительность измеряемого временного интервала не более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала) и поступает импульс, опроса в течение временного„интервала 4()

Т (см. Фиг. 2а), то преобразователь работает следующим образом. Иа вход счетчика 17 с выхода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 поступают импульсы в течение временного интервала, ограниченного передними Фронтами импульсов, сформированных на выходах Формирователей 34 (начало интервала) и 36 (конец интервала) ° Полученное н счетчике 17 значение кода пропорционально измеряемому временному интервалу Т, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выхода триггера 25 знака, а время измф>ения не превышает половины периода"старт-сигнала (стоп-сигнала) .

Сигнал на выходе элемента ИЛИ 19 соответствует логическому нулю, так как на выходах элементов И 15 и 16 сформированы нули, на один вход каждого иэ указанных элементов поступает 60 сигнал, соответствующий логической единице (соответственно с выхода элемента НЕ 18 и инверсного выхода триггера 27), а на другой вход — соответствующий логическому нулю (соот- 45 нетственно с прямого выхода триггера

27 и старшего разряда счетчика 17).

Работа преобразователя.при длительности измеряемого временного интервала, превышающего половину периода старт-сигнала (стоп-сигнала), и поступлении импульса опроса в течение временного интервала Т (см. Фиг.

2б) происходит следующим образом. На вход счетчика 17 с выхода генератора

1 тактовых импульсов через вентиль 2 поступают импульсы в течение временного интервала, ограниченного перед- ними фронтами импульсов на выходах формирователей 36 и 34. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально дополнению к периоду измеряемого временного интер- . вала, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака. Здесь время преобразования также не превышает половины периода стартсигнала (стоп-сигнала) .

При длительности измеряемого временного интервала более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала) и поступлении импульса опроса в течение временного интервала Т4 (см. Фиг.

2б) преобразователь работает следующим образом. На вход счетчика 17 через вентиль 2 поступают импульсы, вырабатываемые генератором 1 тактовых импульсов, в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами импульсов на выходах формирователей 34 и 35 импульсов. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально измеряемому временному интервалу, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выходе триггера 25 знака. Время преобразования не превышает полонины периода старт-сигнала (стоп-сигнала).

Таким образом, максимальное время измерения временного интервала с момента подачи импульса опроса до окончания преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стопсигнала).

Формула изобретения

Преобразователь временных интервалов н код, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генератор тактовых импульсов, выход которого ° соединен с перным входом первого вентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пять RS-триггеров, прямой выход первого из которых соединен с управляющими входами второго и третьего вентилей, основной формирователь старт-импульса, выход которого через второй вентиль соединен с Я входом второго RS-триггера, вход основного

)ормиронателя старт-импульса соединен

", шиной старт»сигнала, основной фор687599

10 мирователь стоп-импульса, выход которого через третий вентиль соединен с S входом третьего триггера, вход основного формирователя стоп-импульса соединен с шиной стоп-сигнала, выходы четвертого и пятого вентилей подклю- 5 чены к S входам четвертого н пятого триггеров соответственно, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены формирователь старт-импульса, формирователь стопимпульса, элемент НЕ, два RS-триггера, десять элементов И, пять элементов

ИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импульса соединен с вхо- дом дополнительного формирователя старт-импульса, выход которого соединен с первыми входами четвертого вентиля, первого и второго элементов

И, вход основного формирователя стопимпульса соединен с входом дополнительного формирователя стоп-импульса, выход которого соединен с первыми входами пятого вентиля, третьего и четвертого элементов И, выход основного формирователя старт-импульса подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, а выход основного формирователя стоп-импульса соединен с первыми входами седьмого и .восьмого элементов И, выходы второго, 30 третьего, четвертого и пятого RS-триггеров через первый дополнительный элемент ИЛИ подключены к второму входу первого вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика Я импульсов, кроме того, выход второго

RS-триггера соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, Выход четвертого RS-триггера соединен с вторыми входами третьего и седь-яп мого элементов И, выход ПЯтого RSтриггера соединен с вторьии входами второго и шестого элементов И, выход третьего RS-триггера соединен с ви рьзки входами первого и пятого 45 элементов И, третьи входы элементов

И с первого по восьмой объединены и соединены с выходом первого дополнитель ного RS-три r гера, выходы перво ro пятого, второго и шестого элементов

И через основной элемент ИЛИ соединены с S входом триггера знака и с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены выходы седьмого и четвертого элементов И, выходы второго, третьего., пятого и восьмого элементов И через. третий дополнительный элемент ИЛИ соединены с S входом второго дополнительного

RS-триггера и четвертью входом второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключен к

S входу первого дополнительного

R$-триггера и непосредственно к

R входу первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с R входом первого дополнительного RS-триггера, прямой выход первого RS-триггера подключен к управлякнцим входам первого, четвертого и пятого вентилей и к второму входу четвертого додолнительного элемента ИЛИ, выход последнего разряда счетчика импульсов через элемент НЕ подключен к первому входу девятого элемента И и непосредственно к первому входу десятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго дополнительного

RS-триггера подключены к вторым входам соответственно девятого н десятого элементов И, выходы которых соединены с входам пятого дополнительного элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 352391, кл . Б 03 K 1 3/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 289509, кл. Н 03 К 13/02, 1969 (прототип).

6 87590

У,И, 27,21 тв

27(приной

&вод) Составитель Л. Плетнева

Редактор Н. Хлудова Техред С.Мигай Корректор . ГРиценко

Эакаэ 5744/52

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Инлупьс

cnpmp

52 (npwwoi быкоФ) Тираж 1060 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5