Преобразователь интервалов времени в цифровой код

 

Изобретение относится к измери- ;тельной технике и позволяет повысить точность преобразования интервалов времени в код. Для этого на элементы И 3 и 5 подаются импульсы начала Н и конца К временного интервала, а на элемент И 4 - серия импульсов С, 8Soff ay/ Tffe§oS ff B&Op-6& /У (Л tsD оа х vi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

< 11 1 Н 03 М 1/50

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР /

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/,"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / " (21) 3820257/24-24 (22) 04.12.84 (46) 30.05.86. Бил. Р 20 (72) 10.С.Ильин, В.М.Ордынцев и С.С.Слепова (53) 68 1.325(088.8) (56) Шляндин В.N. Цифровые электроизмерительные устройства. N. Высшая школа, 1981, с. 156, рис. 3.27.

Там же, с. 163, рис. 3.25, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛОВ

ВРЕМЕНИ B ЦИФРОВОИ КОД (57) Изобретение относится к измери1тельной технике и позволяет повысить точность преобразования интервалов времени в код. Для этого на элементы И 3 и 5 подаются импульсы начала Н и конца К временного интервала, а на элемент И 4 — серия импульсов С, 12349 интервал между которыми запоминается импульсами частотой F от генератора 1 импульсов. Определяется положеwe импульса K между двумя импульсами серии С. С этой- целью счетчик 6 подсчитывает число импульсов F на двух интерв лах времени от заднего фронта импульса С, появившегося перед импульсом К, до переднего фронта импульса К (число Q) и от заднего фрон, та этого импульса "„ о переднего фронта импульса С, появившегося после

71 импульса К (число Р) „положение импульса К определяется отношением

Р

Счетчик 7 подсчитывает число импульсов С от первого, совпадающего с импульсом Н по времени, до последнего, предшествующего импульсу К. Микропроцессор 17 определяет результат преобразования по формуле; Ь=М(К-1+ )

3 где L — линейное перемещение; И- масштабный коэффициент, 2з.п. ф-лы,7ил..

Изобретение относится к измеритель; ной технике.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональна я схема преобразователя интервалов времени в цифровой код; на фиг. 2 временная диаграмма сигналов, выдаваемых преобразователем линейных пере— мещений на входы преобразователя интервалов времени в цифровой код; на фиг. 3 — временная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразо вателя; на фиг. 4 — функциональная схема блока управления преобразовате — 15 ля; на фиг. 5 — функциональная схема блока ввода данных преобразователя; на фиг. 6 — временная,диаграмма ра— боты блока ввода данных преобразователя; на фиг. 7 — схема алгоритма работы микропроцессора преобразователя.

Преобразователь интервалов времени в цифровой код (фиг. 1) состоит из генератора 1 импульсов, элемен- 25 тов И 2-5, счетчиков 6 и 7 импульсов„ триггера 8, блоков 9-11 ключей, регистров 12-14, коммутатора 15, блока 16 ввода данных, микропроцессора 17 с интерфейсом 18, блока 19 30 управления, кнопки 20, выхода 21 re— нератора 1, выхода 22 элемента И 2, выходов 23 счетчика 7, выходов 24 счетчика 6, выходов 25 — 27 блоков 9—

11, выходов 28 — 30 регистров 12 — 14, выходов 31 коммутатора 15, входов 32 .и 33 коммутатора 15, выхода 34 блока 16, входа 35 блока 16, выхода 36 триггера 8, входа 37 элемента И 3, зыхода 38 элемента И 3, входа 39 элемента И 4, выхода 40 элемен-.à И 4, входа 41 элемента И 5, выхода 42 элемента И 5, выходов 43 — 50 блока 19.

Блок 19 (фиг. 4) состоит из элементов ИЛИ 51-55, инверторов 56 и 57, одновибраторов 58-60, элемента 61 задержки, элементов И 62 и 63, триггеров 64-66, реле 67 с размыкающимися контактами 68, входа 69 элемента ИЛИ 54, выхода 70 блока 61, входа 71 одновибратора 58, резисторов 72 — 74.

Блок 16 (фиг. 5) состоит из элементов 75 и 76 задержки, элемента И 77, элемента И-НЕ 78, элемента ИПИ 79 и счетчика 80 импульсов.

Устройство работает следующим оо разом.

На вход преобразователя интервалов времени в цифровой код (фиг. 2) поступают три сигнала: начальный импульс н, серия импульсов с -и конечный импульс и . Первый импупьс серии г. и начальный импульс Н совпадают по времени. Из — за непостоянства скорости вращения движения преобра зователя линейного перемещения интервалы между импульсами серии Г могут быть неравномерными. Иомент выдачи конечного импульса к зависит от величины линейного перемещения и от скорости вращения цвигателя в преобразователе линейных перемещений.

Изобретение уменьшает влияние скорости указанного двигателя на погреш123497 l 4 ность преобразования. Принцип преобразова«ия поясняет фиг. 3.

Вместо заполнения импульсами Всрго преобразуемого временного интервала, как это происходит в известном преобразователе, в данном случае заполняется каждый интервал между соседними импульсами серии С . Однако, подсчитанные при этом числа импульсов не используются, если не появился импульс К

Если на указанном интервале появился импупьс К, то числа импульсов, поместившихся между соседними импуль—

15 сами C и между импульсом С, предшест вуюшим К, и импульсом К, используются при преобразовании. Интервал между соседними импульсами C очень мал и за это время скорость двигателя

20 не может сушественно измениться. Этот интервал в крупном масштабе показан на фнг. 3. Необходимо определить положение импульса K между двумя им— пульсами серии C . С этой целью подсчитывается число импульсов F, частота которых значительно вьппе частоты серии С на двух интервалах времени: от заднего фронта импульса, появившегося перед импульсом К, до переднего фронта импульса K (число Q) и от заднего фронта этого импульса C до переднего фронта импульса С, появившегося после импульса К (число Р).

Поскольку счет ведется от одной и той же начальной точки, то для опреде- 35 ления чисел Q u P достаточно одного счетчика 6. Положение импульса k задается как отношение

Второй счетчик необходим для под- 40 счета числа импульсов С от первого, совпадающего с импульсом Н по времени, до последнего, предшествующего импульсу k . Результат преобразования интервалов времени между импуль- 45 сами П и К определяется выражением: ь —,ъ (Р 1 + )

0 р 1 где Š— линейное перемещение;

М вЂ” масштабный коэффициент, необ-M ходимый для перевода результата преобразования в стандартные ециницы длины.

Таким образом, благодаря использоQ 55 ванию отношения — абсолютное значение частоты импульсов F не имеет большого значения. Генератор этих импульсов может быть «е кварцевым, Прямой счет импульсов С исключает влияние неодинаковости интервалов между ними.

Оба эти фактора обеспечивают снижение погрешности преобразования. Например если преобразование производится вс время раскрутки двигателя после включения, то интервалы межцу импульсами С будут все время сокращаться.

Однако это не повлияет на счет импульсов C . 3a время между двумя импульсами Г изменение скорости двигателя мало. Поэтому погрешность из-за непостоя«ства частоты импульсов бу,ет очень малой.

Работа преобразователя происходит следующим образом (фиг. 1, 4, 5) .

При включении питания электронные элементы приходят в работоспособное состояние раньше, чем сработает и разомкнет контакты 68 реле 67. Благодаря этому через контакты 68 положительный потенциал, соответствующий единице, поступает с делителя напряжения, образованного резисторами 73 и ?4, на входы элементов ИЛИ 51-55.

При этом выходные сигналы элементов ИЛИ 51, 52 и 54 устанавливают триггеры 8, 6ч-66 в "нулевое" состояние. Сигнал 45 с третьего выхода блока 19 сбрасывает счетчики 7 и 80.

Сигнал 49 с седьмого выхода блока 19 сбрасывает счетчик 6. Сигнал 50 с выхода блока 19 становится равным

"нулю" и запрещает прохождение импульсов, и « чере- элементы И 4 и 5.

Сигнал ч8 с выхода блока 19 запрещает прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2.

После включения греобразователя в микропроцессоре 17 производится пуск программы (фиг. 7). Микропроцессор с помощью интерфейса 18 начинает проверять условие "Требование-Б=1", т.е. ждет, пока сигнал на выходе 34 блока 16 перейдет на высокий уровень.

При нажатии кнопки 20 триггер 8 переходит в "единичное состояние.

Его сигнал 36 разрешает прохождение через элемент И 3 следующего сигнала Н . Поступив на вход 37, этот сигнал проходит через элемент 3 на его выход 38 и устанавливает в блоке 19 триггер 64 в "единичное" положение.

Сигнал 50 на выходе блока 19 принимает единичное значение и разрешает прохождение импульсов С и К через элементы 4 и 5. С выхода 40 импуль1234971 сы С поступают на счетный вход счетчика 7, где производится их счет.

Кроме того, импульсы С поступают на вход 40 блока 19.

Инвертор 57 подает импульсы С на вход одновибратора 58„который по переднему фронту импульса С вг>грабатывает узкий импульс, проходящий через элемент И 63-и элемент ИЛИ 55 на седьмой выход блока 19 и по связи 49 сбрасывающий счетчик 6. Одновибра.— тор 59 срабатывает по заднему фрон1 « ту импульса С, При этом возникает низкий импульс, который устанавливает в "единичное" состояние триггер 66.

Сигнал с единичного" плеча этого триггера по связи 48 поступает на вход элемента 2 и разрешает прохождение импульсов F от генератора 1 на вход счетчика 6. Сигналы на выходе 48 блока 19 имеют "единичное" значение от заднего фронта одного импульса С до переднего фронта следующего импульса С . Если в интервале

"« между двумя импульсами С импульс К не возник, то в конце интервала сиг— нал на выходе 49 сбрасывает счетчик 6 и по заднему фронту импульса C сче в счетчике 6 во обновляется с нуля, т. е. результат предыдущего счета не используется. Если же глмпульс К появляется, то, пройдя через элемент 5, он по связи 42 поступает

35 в блок 19 и через инвертор 56 попадает на вход одновибратора 60, кото-рый по переднему фронту импульса К вырабатывает узкий импульс. Этот им40 пульс поступает на выходы 44 и 46 блока 19, в результате чего открываются блоки 9 и 10 и происходит перенос кода Р, равного числу импульсов С, сосчитанных в счетчике 7, 45 и кода Я числа импульсов Р, сосчитанных в счетчике 6, соответственно в регистры 12 и 13. Кроме гого, ко— роткий импульс с выхода одновибратора 60, возникший по переднему фронту импульса к, устанавливает триг50 гер 65 в "единичное" положение. Сигнал с «нулевого«выхода этого триггера становится отрицательным и запрещает прохождение через эле" мент И 63 коротких импульсов, возни— кающих по переднему фронту импульсов С . Прекращается сброс счетчика 6 по переднему фронту С .

В счетчике 6 продолжается счет импульсов F до появления пер=-днего фронта следующего импульса i., пришедшего после импульса К . В этот момент короткий импульс, возникший на выхо— це одновибратора 58, проходит через элемент И 62 и элемент ИЛИ 54 и сорасывает триггер 66. В результате сигнал на выходе 48 блока 19 становится отрицательным и запрещает прохожцение импульсов F через элемент И 2 на вход счетчика 6. Одновременно импульс с в»глода элемента И 62 поступает на выхоц 47 блока 19 H отгкрывает блок 11, При этом код P числа импульсов F„ уложившихся между двумя последними импульсами С, будет перенесен из счетчика 6 в регистр 14. Кроме того, тот же импульс с выхода элемента И 62 задерживается в элементе 6 1 на время, достаточное для переноса кода в регистр 14, и проходит через элементы ИЛИ 51,52,53 и 55. Сигнал с выхода элемента 51 устанавливает триггер 65 в "нулевое" положение. Благодаря этому короткий импульс, возникающий пс переднему фронту импульса. C снова может проходить через элемент И 63, а прохождение его через элемент И 62 запрещено. Сигнал с выхода элемента 52 сбрасывает триггер 64. В результате сигнал на вхо—

«« 1t де 50 блока 19 принимает нулевое значение. При этом импульсы С и ь не . могут проходить через элементы И и 5 соответственно. Одновременно сиг— нал с выхода элемента 52 поступает на выход 43 блока 19, сбрасывает триггер " и поступает в блок 16. Низ- кий уровень сигнала с триггера 8 запрещает прохождение импульсов H через элемент И 3.

Сигнал с выхода элемента 53 посту- пает на выход 45 блока 19 и сбрасывает счетчик 7. Сигнал с в»1 :ода элемента 55 поступает на выход 49 бло— ка 19 и сбрасывает счетчик 6., В блоке 16 сигнал с выхо, †:;а 43 бпока 19 поступает (фиг. 5 в: 6) на второй вход элемента ИЛИ 79. Возникший при -«YOt1 HB » o e I«eMO TB 79 сигнал проходит линию элемента 76 и через время г устанавливает счетчик 80 в "îñòîÿíèå "01" и, кроме того, поступает на первый вхо :; зпемента И 77„ Логический элемент И-HF, 78 при всех состояниях счетчика 80, 12 549/ кроме состояния "11", выцает сигнал

BhlcoKol уровня . ПОэтОму вь«хОдной сигнал элемента 79 проходит через элемент 77 на выход 34 блока 16.

Таким образом, в HH I"åpôåéñ выдается сигнал "Требование †-1". Микропроцессор 17 обнаруживает выполнение этого условия и присваивает величине A значение 2. Таким образом. заполняется сче.;чик числа вводимых чи — 10 се . Поп действием сигналов на выходах 32 и 33 блока 12 коммутатор 15 подает на вход 31 код числа г, содержащийся в регистре 12, в это время микропроцессор выполняет операции 15

В=10, B=B — 1 и проверку условия В=О.

Эти операции необходимы для задержки ввода числа на время i „, пока код числа подается на вход интерфейса 18 коммутатором 15. При выполне- 20 нии условия В=-О микропроцессор 17 B«lдает сигнал "Ввод данных" на вход 35 блока 16. 8 "-тот момент код числа Р вводится в микропроцессор 17. Сигнал со . входа 35 задерживается в элементе 75 на 2". время «.„по истечении которого он прохо дит через логический элемент ИЛИ 79, переводит счетчик 80 в состояние "10", при котором коммутатора 15 подет на входы 31 код числа О. Тем временем сигнал с выхода элемента 79 проходит через элемент 77 на выход 34 блока 16 и в интерфейс 18 Микропроцгс— сора 17 выдается "Требование-Б=1".

Микропроцессор 17 после ввоца кода

35 числа Р проверяет условие A=O и, убедившись, что Оно не выполнено, производит операции A=A-1, т.е. уменьшает содержимое счетчика введенных чисел на 1. После этого микропроцессор 17 снова переходит к проверке выполнения условия "Требование †Б †-1", Далее аналогичным образом вводятся в микропроцессор коды чисел 0 и R

После ввоца послед««его проверка усло45 вия ь.=-0 дает положительный результат и микропроцессор переходит к вьп«олнению вычисления величины текущего значения деформации по программе, соотвегствующей выражению 1.=11(К-1+ ), О, После завершения этой операции микропропессор 17 вновь переходит к про— верке выполнения условия Требование-Б=-.1, т.е. готов к приему сле » дующих трех кодов чисел Е,g u P.

Сигнал "Ввод данных, выданный интерфейсом «8 на вход 35, при вводе ч!«ела Р не может прОйти через элемент И 77 на выход 34 блока «6, так как в это «ремя счетчик 80 находится в состоянии 11, при котором на входе элемента И-HE 78 сигнал Ймеет низкий уровень. Через время сигнал

1 с выхода элемента 76 переводит счети:к 80 в со-тояние 00", при котором коммута-.ор 15 не выдает полезной информации на вход интерфейса 18.

Состояние 00 разрешает выдачу на выход следующего сигнала "Требова .:е-Á=1". Текущий сигнал не будет л пропущен, так как за время «, он на ходе элемен" à И 77 уже исчезнет.

Таким образом, преобразователь оказывается в состоянии готовности к выполнению следующего преобразования.

Применен««е предлагаемого преобразователя позволяет существенно уменьшить погрешность, вызываемую непостоянством скорости вращения двигатеп-. преобразователя линейных перемещений с измене««иям«« частоты генератора импульсов Р. Погрешность от квантования значительно снижается благодаря тому, что начальнь«й импульс Н совмещен по времени с первым импульсом серии С, а заполнение интервала времени между импульсом С, пришедшим перед импульсам <, и импульсом С, пришедшим после импульса К, производится импульсами F, имеющ««ми очень .«аль.й период следования, Формула и з -. ðет е ния.

1. Преобразователь интервалов време III в цифрово.-. код, содержащий генератor ««мпульсов, первый, второй и третий элементы И, первый и второй

""÷åò÷èêè импульсов., триггер о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью ,««Овышения Точности преОбразОвания, в него введены четвертый элемент И„ тр««блока «»«-.ючей, коммутатор, три регистра, блок ввода данных, микропроцессор с интерфейсом, блок управления и кнопка с замыкающим контактом, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с первыми входами первого блока ключей, выходы второго счетчика импульсов соединены с первымн входами второго и третьего блоков ключей, выходы первого, второго и третьего олоков ключей соединены соОтветственно с входами первого, второго и третьего регистров, выходы которых соединены соответственно

1234911 с первыми, вторыми и третьими входами коммутатора, выход которого соединен с первыми входами интерфейса микропроцессора, второй вход которого соединен с первым выходом блока ввода данных, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами коммута тора, первый вход блока ввода данных соединен с выходом интерфейса микропроцессора, а второй вход объединен с первым входом триггера и соединен с первым выходом блока управления, третий вход блока ввода данных объединен с первым входом первого счетчика импульсов и соединен с вторым

15 выходом блока управления, третий, четвертый и пятый BblxopbI которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего блоков ключей, шестой выход блока .управления соединен с первым входом первого элемента И, седьмой выход соединен с первым входом второго счетчика импульсов, восьмой выход соецинен спер-25 вымя входами второго и третьего элементов И, первый и второй входы блока управления соединены соатветственпения объединен с вторым входом первого счетчика импульсов и соединен с выходом третьего элемента И, вторые входы второго и третьего элементов И и первый вход четвертого элемента И являются соответствующими входными шинами, второй вход четвертого элемента И соединен с выходам триггера, второй вход которого через замыкающий контакт кнопки соединен с шиной

40 источника питания, при этом выход генератора импульсов соединен с вторым входом первого элемента И., выход которого соединен с вторым входом второго счетчика импульсов.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю m,и и с я тем, что блок управления выполнен на трех триггерах, пяти элементах ИЛИ, двух элемен-50 тах И, трех адновибратор-х, двух инверторах, элементе задержки, трех такоограничивающих элементах, выпал— ненных на резисторах, реле с размыкающими контактами, первый вывод обмотки реле с размыкающими контактами является общей шиной, а второй вывод объединен с первым выводам первого

»o c вьг<одами второго и четвертого элементов И, третий вход блока управ-З0 токааграничивающего элемента, второй вывод которого объединен с вернь и Bbl водам размыкающих контактов реле и является шиной источника питания, второй вывод размыкающих контактов реле через последовательно соединенные второй и третий резисторы — токаограничивающие элементы, соединены с общей шиной, второй вывод второго такоограничивающега элемента соединен с первыми входами первого, второго.„ третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ объединены и соединены с выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ и соединен с выходом первого элемента И, который является пятым выходом блока управления, первые. входы первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом первого одновибратора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходам первого триггера, второй вь|ход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходы второго,, третьего и первого элементов ИЛИ являются соответственно вторым,, седьмым и первым выходами блока управления, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого является вторым входом блока управления„ а выход — восьмым вьгхадом блока управления, третий и четвертый. выходы котopor и выход второго одновибратора

1 объединены и соединены с.первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом четвертога элемента ИЛИ, входы третьего одновибратара и первого инвертора объединены и являются третьим входом блока управления, вьгхад третьего одновибратара соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, а выход является шестым выходом блока управления, вход второго инвертора является первым вхадам блока управления, а выхоц "аединен с входом второго одновибраropa, выход первого инвертора соединен с входам первого адновибратара.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, чта блок

l1 (234$7 ввода данных выполнен на элементах И, ИЛИ, И-HF, счетчике импульсов и двух элементах задержки, вход первого элемента задержки является первым входом блока ввода данных, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом блока ввода данных, а выход соединен с входом второго элемента

1задержки и первым входом элемента И, 10 второй вход которого соединен с выl2 ходом элемента И-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика импульсов и являются соответственно вторым и третьим выходами блока ввода данных, первый выход которого является выходом элемента И, первый вход счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента задержки, а второй вход является третьим входом блока ввода данных.

1234971 зреют

С оста вит ел ь А. Тит ов

Редактор К. Волощук Техред О. Гортвай Корректор E. Сирохман

Заказ 2990/58 Тираж 816 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие„ г.ужгород, ул.Проектная, 4