Устройство для измерения периода

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к летоескомю свидитильсувь,Союз Советских

Сощиалистических

Республик

<» 690435

Ж

Ф

-.: 1 / (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 090677 (21) 2494709/18-10 с присоединением заявки H9(23) Приорнтет(51)М. Кл.2

G 04 F 10/04

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 051079. Бюллетень 8о З7 (53) УДК 881 ° 11(088.8) Дата опубликования описания 0510,79 (72) Авторы

ИЗОбрЕтЕИИя Ю.А.Плужников, Е.А. Евсеев и А, С. Чередниченко (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА

Изобретение относится к области электронно-измерительной техники и может быть использовано при создании цифровых измерителей временных ин- 5 тервалов.

Известны измерители, которые обладают постоянной точностью измерения временных интервалов, превышакщих время переполнения счетчика результатов, Однако такие измерители предназначены только для измерения временных интервалов, длительность которых больше времени переполнения счетчика результата (1). 15

Известно устройство для измерения пэриода, содержащее генератор опорной частоты, выход которого подключен ко входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом R-S- триггера и с входом формирователя, второй вход которого соединен с входом пускового ключа, выход которого.подключен ко входу R-S-триггера, счетчик импульсовр Один из выходов кото» 25 рого соединен со входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя, а третий вход — к выходу элемента ИЛИ, выходы которого соединены с выходами дешифЪ ратора поддиапазонов, подключенного входами к выходам второго счетчика импульсов (2)

Недостатком устройства являются ограниченный диапазон измерения, так как устройство не позволяет измерять большие значения периода, длительность которых превьыает время переполнения счетчика, количество разрядов которого определяется задаваемой точностью измерения. Если импульс, соответствующий концу измеряемого периода, поступает после переполнения счетчика, то процесс измерения заканчивается в случае появления разрешающего потенциала на выходе счетчика в результате его повторного или многократного заполнения импульсами или будет продолжаться в случае отсутствия разрешающего потенциала. В случае отсутствия разрешающего потенциала в момент прихода импульса конца измеряемого периода процесс измерения продолжается до тех пор, пока момент прихода одного из импульсов, отмечающих конец и-го периода, не совпадает с разрешающим потенциалом, который периодически появляется на выходе счетчи69С435 ка в процессе его многократного переполнения. При этом в обоих случаях результаты измерения, зафиксированные в счетчике, не соответствуют значениям измеряемых периодов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений.

Для этого в устройство введены регистр сдвига, схема перезаписи, пять злементсв И, четыре элемента

ИЛИ и 3 -К-триггер, прямой выход кото- )() рого соединен с входом регистра сдвига и с входами третьего и четвертого элементов И, а инверсный выход соединен со вторым входом регистра сдвига, и четвертым входом вто- 15 рого элемента И и с входами пятого, шестого и седьмого элементов И, выход второго элемента И подключен через второй элемент ИЛИ к другому входу R-S-триггера вход третьего 20 элемента И подключен к выходу первого элемента И и второму входу шестого элемента И, выход третьего weмента И соединен со входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подклю- д5 чен к счетному входу второго счетчика, а второй вход - к выходу пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом формирователя и вторым входом четвертого элемента

И, выход которого подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ и кс входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика и со входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу шесТого элемента И, а выход — к .счетному входу первого счетчика импульсов., выход переполнения которого подкл1очен ко входу синхронизации и 4О входуЭ.(-К-триггера, ко второму входу седьмого элемента И и к тактовому входу регистра сдвига, поразрядные выходы которого подключены через схему перезаписи к поразрядным вхо- 45 дам второго счетчика, причем выход седьмого элемента И подключен к третьему входу четвертого элемента

ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу схемы перезаписи, 50 вход К 3-К-триггера подключен к шине логического нуля.

На чертеже приведена схема устрой" ства.

Устройство для измерения периода содержит генератор 1 импульсов, счетчики 2 и 3 импульсов, дешифратор поддиапазонов 4, элемент ИЛИ 5, регистр сдвига б, схему перезаписи

7, триггеры 8 и 9, формирователь 10, пусковой ключ 11, элементы И 12-14, ИЛИ 15, элемент И 16, элемент ИЛИ 17, элементы И-18-20, элементы ИЛИ 21 и

22. Выход генератора 1 соединен со входом элемента И 12, второй вход которого подключен к выходу триггераа 8 и ко входу формирователя 10.

Второй вход формирователя 10 соединен с клеммой Вход устройства и со входом пускового ключа 11, второй вход которого подключен к клемме Пуск устройства, а выход - к единичному входу триггера 8. Выход элемента И 12 соединен со входаМи элементов И 14 и 19. Выход элемента

И 14 подключен через элемент ИЛИ 17

E счетному Вхо счетчика 3, поразрядные входы которого подключены через схему перезаписи 7 к поразрядным выходам регистра сдвига б. Выходы счетчика 3 подключены ко входам дешифратора 4 поддиапазонов, выходы которого соединены со входами схемы

ИЛИ 5, выход которой соединен со входом элемента И 13, второй вход которого соединен с выходом формирователя 10 и со входами элементов

И 16 .и 18, третий выход — c выходом счетчика 2, а четвертый вход подклю чен с инверсному выходу Р-К-триггера 9, ко входу регистра сдвига 6 и входу элемента И 20, ко вторым входам элементов И 18 и 19. Прямой выход триггера 9 соединен со вторым входом регистра сдвига б и со вторыми входами. элементов И 14 и 16 . Выход элемента И 13 подключен через элемент ИЛИ 15 к нулевому входу триггера 8. Второй вход элемента

ИЛИ 15 соединен с выходом элемента

И 16 и со входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика

3 и со входом элемента ИЛИ 22, второй .вход которого соединен с выходом элемента И 19, а вы.ход - co счетным входом счетчика 2.

Выход переполнения счетчика 2 подключен ко входу синхронизации и входу 7 7-К-триггера 9, ко второму входу элемента И 20 и к тактовому входу регистра сдвига б. Выход элемента

И 2С соединен с третьим входом элемента ИЛИ 21, выход которого подключен к управляющему входу. схемы перезаписи 7. Вход К 7-К-триггера подключен к шине логического нуля устройства.

Примем состояние триггеров, при котором на нулевом (инверсном) выходе есть разрешающий (высокий) потенциал, за нулевое (-0),а состояние триггеров, при котором на единичном (прямом) выходе — разрешающий .(высокий) потенциал, за единичное (-1).

Устройство позволяет измерять как малые значения периодов, длительность которых не превышает время переполнения счетчика 2, так и большие значения периодов, длительность которых превышает время переполнения счетчика 2.

690435

Устройств о работает следующим образом.

B исходном состоянии счетчики 2 и 3, регистр 6, триггеры 8 и 9 находятся в нулевом состоянии. Формирователь 10 и первый элемент И 12 закрыты запрещающим (низким) потенциалом единичного выхода триггера 8.

Второй элемент И 13 закрыт запрещающим (низким) потенциалом выхода счетчика 2, а также низким потенциалом выхода первого элемента ИЛИ 5.

Третий элемент И 14 и четвертый элемент И 16 закрыты запрещающим (низким) потенциалом прямого выхода;

3-К-триггера 9. Элементы И 18-20 открыты по одному из входов разрешающим (высоким) потенциалом инверсного выхода 5-К-триггера 9. При поступлении на вход пускового ключа 11 сигнала ™Пуск и с приходом на вход устройства импульса, соответствующего началу измеряемого периода, последний через ключ ll проходит на единичный вход триггера 8, но не проходит на выход формирователя 10. Переключаясь, триггер 8 открывает элемент И 12 для прохождения счетных импульсов с генератора 1 на счетчик 2 через открытый элемент

И 19 и элемент ИЛИ 22. Кроме того, разрешается прохождение импульсов, соответствующих концу измеряемых. периодов, через формирователь 10.

Работа устройства при измерении больших значений периода, длительност которых превышает время переполнения счетчика 2, В этом случае счетчик 2 после поступления на него определенного количества импульсов с генератора 1 переполняется, и импульс переполнения с его выхода поступает на 3-вход и вход синхронизации Л-К-триггера 9, на тактовый вход регистра сдвига 6 и через открытый высоким потенциалом инверсного выхода триггера 9 элемент И 20 и через элемент ИЛИ 21 на управляющий вход схемы перезаписи

7. При этом в счетчике 3 записывается обратный код числа, находящегося в регистре сдвига 6. Регистр сдвига

6 и счетчик 3 имеют одинаковое количество разрядов. Так как регистр 6 в исходном состоянии находится в нулевом состоянии,; то по первому импульсу переполнения счетчика 2 в счетчик 3 во все разряды запишутся единицы. По окончании первого импульса переполнения регистр 6 остается в нулевом состоянии, а триггер

9 устанавливается в единичное состояние, закрывая низким потенциалом инверсного выхода элементы И 13, 18, 19 и 20 и открывая высоким потенциалом прямого выхода элемента И 14 и

l6. При установке триггера 9 в единичное состояние на первом входе регистра 6 появляется низкий потенциал, а на втором входе — высокий. Импульсы генератора 1 через элементы И 12, 14, и элемент ИЛИ 17 поступают на счетный вход счетчика 3. Так как все разряды счетчика 3 находятся в единичном состоянии, первый импульс, поступающий на счетный вход счетчика, переполняет его. Импульс переполнения счетчика 3 поступает через элемент ИЛИ 22 на счетный вход счетчика 2 и через элемент ИЛИ 21 — на управляющий вход схемы перезаписи 7.

При этом число, записанное в регистре 6, перезаписывается обратным ко дом в счетчик 3, В результате все разряды счетчика 3 снова устанавливаются в единичное состояние. Второй имп>льс, поступающий на счетный вход счетчика 3, снова переполняет его, и импульс переполнения счетчика 3 снова поступает на счетный вход счетчика 2 и управляющий вход схемы перезаписи 7. Таким образом, после первого переполнения счетчика 2 в счетчик 3 перезаписываются обратные 5 коды числа, хранящегося в регистре

6. В этом случае частота импульсов на входе счетчика 2 не изменяется, Счетчик 2 заполняется импульсами до переполнения. По окончании второго

ЗО иьячульса переполнения счетчика 2, поступающего на тактовый вход :. егистра сдвига 6, в первый разряд регистра запишется единица. При этом обратный код, записываемый в

З5 счетчик 3, будет 1...1110. Следовательно, частота импульсов переполнения счетчика 3, поступающих на вход счетчика 2 после его второго переполнения, будет в два раза ниже частоты

Щ импульсов генератора 1. При третьем переполнении счетчика 2, по окончании импульса переполнения запишется единица во второй разряд регистра сдвига

6. Число, записанное в регистре, 45 будет О. ° .0011, а число, записанное в счетчик 3 обратным кодом, будет

1...1100. При этом частота импульсов, поступающих на вход счетчика 2, уменьшается в четыре раза и т.д.

Ilo приходу импульса конца измеряемого периода импульс с выхода формирователя 10 поступает на вход элемента И 16, открытого по второму входу высоким потенциалом прямого выхода, устанавливая его в исходное (нулевое) состояние. Выходной импульс, элемента И lб поступает также через элемент ИЛИ 21 на управляющий вход схемы 7. При этом в счет о чик 3 в обратном коде записывается число, соответствующее поддиапазону измерения, а на соответствующем выходе дешифратора подциапазонов 4 появляется сигнал, указывающий номер

65 поддиапазона измерения. низким по690435

Номер под диапазона д числа, записанного в счетчик 3

1 1 0 °... 0 0 0

m -1

1 0 0 .... 0 0 0 тенциалом единичного выхода триггера

8 закрывается первый элемент И 12, и на вход счетчика 3 прекращают поступать счетные импульсы. Цикл измерения заканчивается. В счетчике 2

Иэмеряемый период определяется по формуле 25

Тдя =(2 +N ) 2 То (1) где и — чйсло разрядов счетчика 2;

N — показания счетчика 2;

m — номер поддиапазонау

Т вЂ” период следования импульсов генератора 1.

Работа устройства при измерении малых значений периода, длительность которых не превышает время переполнения счетчика 2.

В исходном состоянии элемент И 13 открыт по: одному входу высоким потенциалом инверсного выхода триггера

9. Если к моменту окончания измеряемого периода на выходе счетчика 2 будет разрешающий потенциал (т.е. задаваемая точность измерения достигнута), то элемент И 13 открывается, так как импульс конца первого измеряемого периода проходит. через открытый элемент И 18 и элемент ИЛИ 17 на счетный вход счетчика 3, записывая в него единицу. В шине 1 дешифратора 4 появляется разрешающий потенциал, который через элемент ИЛИ 5 поступает на третий вход элемента

И 13. Вследствие этого импульс конца первого измеряемого периода проходит через элемент И и,элемент

ИЛИ 15 на нулевой вход триггера 8, устанавливая его в исходное состояние. При этом закрывается элемент

И 12, и цикл измерения заканчивается. В счетчике 2 фиксируется резуль" тат, пропорциональный значению периода, а потенциал с выхода шины 1 Я) дешифратора поддиапазонов 4 указывает величину порядка в соответствии с первым поддиапазоном.

Если измеряемый период мал, то к приходу импульса, соответствующего фиксируется число, соответствующее поддиапазону измерения, а дешифратор 4 указывает номер поддиапазона измерения в соответствии с приведенной табл. 1 истинности.

Т а б л и ц а 1 концу первого периода, в счетчике

2 накапливается недостаточно импульсов, на выходе его нет разрешающего потенциала (задаваемая точность не достигнута) . Элемент И 13 не открывается, и цикл измерения не заканчивается. Вследствие этого импульсы с генератора 1 через элементы И 12 и 19, элемент ИЛИ 22 продолжают поступать в счетчик 2, а импульсы с выхода формирователя 10 через открытый элемент И 18 и элемент ИЛИ 17 на счетный вход счетчика 3.

Если к моменту окончания второго периода на выходе счетчика 2 есть разрешающий потенциал, то разрешающий потенциал с шины 2 дешифратора поддиапаэонов 4 проходит через элемент ИЛИ 5, и элемент И 13 открыт для прохождения импульса конца цикла измерения. В этом случае в счетчике

2 вновь фиксируется результат, а потенциал шины 2 дешифратора 4 указывает на второй поддиапазон при измерении малых значений периода.

В случае, когда к концу второго измеряемого периода на выходе счетчика 2 нет разрешающего потенциала, анализируется момент конца четвертого измеряемого периода, и при достижении заданной точности заканчивается цикл измерения. Потенциал, возникший на шине 3 дешифратора 4, указывает на третий поддиапаэон измерения и т.д. Таким образом, в конце каждого

1,2,4,8 и т.д. измеряемых периодов происходит анализ достижения задава .емой точности измерения и в случае ее достижения останов измерения с автоматическим выбором поддиапазона.

Дешифратор 4 указывает номер поддиапазона измерения в соответствии с табл.2 истинности.

690435

Таблица 2

Номер под диапазона числа, записанного в счетчике 3

0 0 1

0 1 0

1 0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0 0

0 1

° ° °

1 0

° ° °

Формула изобретения

Измеряемый период для малых значений периода, длительность которых не превышает время переполнения счетчика 2, определяется по формуле

Т 1 ь, = Б ° 2 Тр ф (2 ) где N — - показания счетчика 2;

m — номер поддиапазона; 25

Т вЂ” период импульсов генератора 1.

Таким образом, большие значения периодов, длительность которых превы шает время переполнения счетчика 2, определяются по формуле (1), а малые 30 значения периода — по формуле (2).

При этом единичное состояние триггера

9 указывает, что иэмеряеьнй период определяется по формуле (1), а нулевое состояние триггера 9 указывает, 35 что период определяется по формуле (2) .

Устройство для измерения периода, 40 содержащее генератор опорной частоты, выход которого подключен ко входу элемента И, второй вход котороГо соединен с выходом R-8-триггера и с входом формирователя, второй .вход 45 которого соединен с входом пускового ключа, выход которого подключен ко входу R-S-триггера, счетчик импульсов, один иэ выходов которого соединен со входом второго элемента ...И, второй вход которого подключен к выходу формирователя, а третий - к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами дешифратора поддиапаэонов,подключенного входаьи к выходам второго счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью расширения диапазона измерения, в него введены регистр сдвига, схема перезаписи, пять элементов И,четыре Элемента ИЛИ и 2-К-триггер, прямой выход ко- Q) торого соединен со входом регистра сдвига и со входами третьего и четвертого элементов И, а инверсный выход соединен со вторым входом регистр сдвига, с четвертым входом второго элемента И и с входами пятого, шестого и седьмого элементов И, выход второго элемента И подключен через аторой элемент ИЛИ к другому входу

R-Я-триггера,. второй вход третьего элемента И подключен к выходу первого элемента И и второму входу шестого элемента И, выход третьего эле мента И соединен со входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, а второй вход — к выходу пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом формирователя и вторым входом четвертого элемента И, выход которого подключен ко второму входу, второго элемента ИЛ.i и ко входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика и со входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу шестого элемента И, а выход — к счетнсму входу первого счетчика импульсов, выход переполнения которого подключен ко входу синхронизации и входу 3- Х-К-триггера, ко второму входу седьмого элемента И . и к тактовому входу регистра сдвига, поразрядные выходы которого подключены через схему перезаписи к поразРядным входам второго счетчика, причем выход седьмого элемента И подключен к третьему входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу схемам перезаписи, вход К 3-К--триггера подключен к шине логического нуля.

Источники информации, принятые во вниманйе при экспертизе

1. Авторское свидетельство

9 354397, кл. G 04 Р 10/04 1972.

2. Авторское свидетельство

9 451045, кл. G 04 F 10/04, 1975.

690435

fZ З

Составитель В.Иитряев

Техред П.Алферова Корректор Г.Решетняк

Редактор О..Филиппова

Тираж 502 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5963/44

Филиал ППП Патент, r.ужгород, ул. Проектная,4