Измеритель временных интервалов

 

Измеритель относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматике , экспериментальной физике для измерения временных интервалов с высокой точностью. Целью изобретения является повьшение точности измерения временного интервала за счет повышения точности измерения интерполяционных интервалов между старт (стоп)-сигналами и тактовыми импульсами и упрощение устройства. Для достижения цели в измеритель введены старт-стопный интерполятор 7, блок 8 управления, источник 9 посто-, янного тока, управляемый ключ 10, образованы новые функциональные связи . Кроме того, устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, селектор 2 грубого отсчета, счетчик 3 грубого отсчета, регистр 4 памдти, интегратор 5,, аналого-цифровой преобразователь 6, элемент 11 задержки. Блок 11 представляет собой регистр 17 сдвига. Блок 7 выполнен на злементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 6. Селектор 2 грубого отсчета содержит RS-триггер 12, D-триггер 3, инвертор, элемент И 15. Интегратор 5 содержит операционные усилители 18, 19, три резистора 20, 22, 23, управляемьш ключ 25, конденсатор, источник напряжения смещения . 4 з.п. ф-лы, 3 ил. с Фч.1 т

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51)4 С 04 F !О 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 3941754/24-21 (22) 08.08.85 (46) 30.04.87. Бюл. № 16 (72) О.Г.Пузырев и А.В.Толкунов (53) 68!.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 423096, кл. G 04 F 10/04, 1972.

Авторское свидетельство СССР

¹ 868695, кл. G 04 F 10/04, 1980. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ (57) Измеритель относится к инфор— мационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматике, экспериментальной физике для измерения временных интервалов с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерения временного интервала эа счет повышения точности измерения интерполяционных интервалов между старт (стоп)-сигналами и тактовыми импульсами и упрощение устройства. Для достижения цели в измеритель введены старт-сточный интерполятор 7, блок 8 управления, источник 9 посто-, янного тока, управляемый ключ 10, образованы новые функциональные связи. Кроме того, устройство содержит генератор I тактовых импульсов, селектор 2 грубого отсчета, счетчик 3 грубого отсчета, регистр 4 памя;ти, интегратор 5, аналого-цифровой ripeобразователь 6, элемент !! задержки.

Блок 11 представляет собой регистр !

7 сдвига. Блок 7 выполнен на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И)1И 16. Селектор 2

Я грубого отсчета содержит RS-триггер е !

2, D-триггер !3, инвертор, элемент

И 15. Интегратор 5 содержит операци— онные усилители !8, 19, три резистора 20, 22, 23, управляемый ключ 25, конденсатор, источник напряжения сме- Я щения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1307444

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть. использовано в автоматике, экспериментальной физике для измерения временных интервалов с высокой точностью.

Цель изобретения — повышение точности измерения временного интервала за счет повышения точности измере- о ния интерполяционных интервалов меж; ду старт (стоп)-сигналами и тактовыми импульсами и упрощение устройства.

На фиг.l изображена структурная схема измерителя временных интервалов; на фиг.2 — схема блока управления; на фиг.3 — временные диаграммы работы измерителя временных интервалов. 20

Измеритель временных интервалов. содержит генератор 1 тактовых импуль— сов, выход которого соединен с первым входом селектора 2 грубого отсчета, второй и третий входы которо- 25 го соединены с шинами Старт" и

"Стоп измерителя соответственно.

Выход селектора 2 грубого отсчета соединен с счетным входом счетчика 3 грубого отсчета, выходы которого За соединены с входами старших разрядов регистра 4 памяти, интегратор 5., аналого-цифровой преобразователь 6, вход которого соединен с выходом интегратора 5, а выход — с входами младших разрядов регистра 4 памяти, старт-стопный интерполятор 7, блок

8 управления, источник 9 постоянного тока, выход которого через управляемый ключ 1О соединен с входом интегратора 5, а управляющий вход ключа 10 соединен с выходом старт-стопного интерполятооа 7, элемент 11 задержки. Источник 9 напряжения посто-янного тока выполнен с переключением полярнос.ти выходного напряжения, входы переключения полярности соединены с первым и вторым выходами элемента ll задержки соответственно.

Селектор 2 грубого отсчета состоит из RS — триггера 12, D-триггера 13 инвертора 14, элемент 15 И. Выход элемента. 15 И соединен с первым входом селектора 2 грубого отсчета и входом инвертора 14, второй вход эле- 5 мента 15 И соединен с прямым выходом D-триггера 13, С-вход которого соединен с выходом инвертора 14.

D-вход D — триггера 13 соединен с прямым выходом RS-триггера 12, S- u

R-входы которого соединены с вторым и третьим входами селектора 2 грубого отсчета соответственно. Стартстопный интерполятор 7 выполнен на элементе 16 ИСКЛЮЧЯОЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены с прямыми выходами RS-триггера 12 и D-триггера 13 селектора 2 грубого отсчета. Выход элемента 16 HCKJII0 IÀÙEÅ ИЛИ соединен с выходом старт-стопного интерполятора 7. Элемент ll задержки выполнен в виде регистра 17 сдвига, С-вход которого соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов, а 13-вход регистра 17 сдвига соединен с прямым выходом D-триггера 13 селектора 2 грубого отсчета. Прямой и инверсный выходы старшего разряда регистра 17 сдвига соединены с первым и вторым входами элемента 11 задержки. Первый вход блока 8 управления соединен с вторым выходом элемента

ll задержки, а второй вход блока 8 управления соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов. Первый выход блока 8 управления соединен с входом перезаписи регистра 4. памяти, а второй выход блока 8 управления соединен с установочным входом счетчика 3 грубого отсчета и входом обнуления интегратора.,Интегратор 5 измерителя временных интервалов содержит интегрирующий операционный усилитель 18 и суммирующий операционный усилитель 19.

Инвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 через регистр 20 соединен с входом интегратора 5, а через конденсатор 21 — с выходом интегрирующего операционного усилителя 18 и выходом интегратора 5, неинвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 соединен с выходом суммирующего операционного усилителя 19, Инвертирующий вход суммирующего операционного усилителя 19 соединен через резистор

22 с выходом этого усилителя, а через резистор 23 — с выходом интегрирующего операционного усилителя 18.

К неинвертирующему входу суммирующего операционного усилителя 19 подключен источник 24 напряжения смещения.

Инвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 через управляемый ключ 25 подключен к общей шине. Управляющий вход ключа 25 сое1307444 динен с входом обнуления интегратора 5.

Блок 8 управления (фиг.2) содержит четыре триггера 26-29 и двоичный счетчик 30. Причем вход синхрониза- 5 ции первого триггера 26 соединен с первым входом блока 8 управления.

Входы синхронизации второго триггера 27, четвертого триггера 29 и двоичного счетчика 30 соединены с вторым1О входом блока управления.. Инверсный выход первого триггера 26 соединен с инфЬрмационным входом второго триггера 27, а прямой выход второго триггера 27 соединен с первым выходом блока 8 управления, с информационным и установочным входами первого триг- . гера 26 и с входом синхронизации третьего триггера 28. Инверсный выход третьего триггера 28 соединен с входом разрешения счета двоичного счетчика 30 и с вторым выходом блока

8 управления. Выход переноса двоично го счетчика 30 соединен с информационным входом четвертого триггера 29.

Прямой выход четвертого триггера 29 соединен с установочным и информационным входами третьего триггера 28.

Первый 26 и второй 27 триггеры образуют генератор одиночного импульса, а третий 28 и четвертый 29 триггеры и двоичный счетчик 30 образуют таймер.

Измеритель временных интервалов— работает следующим образом (фиг.3). 35

При поступлении стартового импульса 31 RS-триггер 12 селектора 2 грубого отсчета меняет состояние 32 с нулевого на единичное. Первым же тактовым импульсом 33, следующим за 4 стартовым. импульсом 31, D-триггер 13 селектора 2 грубого отсчета переводится в единичное состояние (фиг.3, 34). По приходу стопового импульса

35 RS-триггер 12 переключается в ну-. левое состояние (фиг ° 3 32), à D-триггер 13 переключается в нулевое состояние первым тактовым импульсом 33, пришедшим после стопового импуль-. са 35. Во время нахождения D-тригге- 50 ра 13 в единичном состоянии 34 через. элемент 15 И селектора 2 грубого отсчета на счетный вход счетчика 3 гру бого отсчета поступают импульсы 36.

Состояние счетчика 3 грубого отсчета 55 (сигнал 37) по окончании поступления импульсов 36 на счетный вход определяется количеством. импульсов 36, ;e. временем между стартовым 31 и стоповым 35 импульсами. Старт-стопный интерполятор 7 формирует стартовый и стоповый интерполяционные интервалы

38. Длительности интерпопяционных интервалов 38 равны временам между стартовым импульсом 31 (стоповым импульсом 35) и первым следующим за ним тактовым импульсом 33. Так как времена прихода стартового импульса

31 и стопового импульса 35 не синхронизированы с тактовыми импульсами 33, то длительности интерполяционных интервалов 38 лежат в пределах от нуля до периода тактовых импульсов

33. Сигнал 39 на выходе элемента 11 задержки, управляющего переключением полярности (сигнал 40) источника 9 постоянного тока, задержан относительно сигнала 34 на выходе D-триггера 13 селектора 2 грубого отсчета на время, меньшее чем минимальный измеряемый Временной интервал, но большее чем время суммарной задержки старт-стопного интерполятора 7 и ключа )О. Поэтому переключение полярности источника 9 происходит между замыканиями ключа 10, соответствующими стартовому и стоповому интерполяционным интервалам. Таким образом, во время стартового интерполяционного интервала 38 конденсатора 21 интегратора 5 заряжается входным током 41 интегратора 5, а во время столового интерполяционного интервала 38 разряжается. Напряжение 42 на выходе интегратора 5 по окончании стопового интерполяционного интервала 38 и, в свою очередь, код на выходе аналого †цифрово преобразователя 6 зависят от разности между длительностями 38 стартового и стопового интерполяционных интервалов.

По заднему фронту сигнала 39 на первом выходе элемента ll задержки блок

8 управления формирует сигнал 43 переписи информации из счетчика 3 грубого отсчета в старшие разряды выходного регистра 4, а из аналогоцифрового преобразователя 6 в младшие разряды выходного регистра 4.

Информация 44 в выходном регистре

4 после прихода импульса переписи

43 соответствует длительности измеряемого временного интервала. Затем блок 8 управления формирует сигнал

45, устанавливающий счетчик 3 грубого отсчета в исходное состояние

1307444 (сигнал) 37 и замыкающий ключ 25 интегратора 5, который разряжает конденсатор 21 интегратора 5 .до исходйого уровня (сигнал 42). Измеритель временных интервалов возвращается в 5 исходное состояние.

Блок 8 управления работает следующим образом.

После включения питания за счет обратной связи, существующей между 10 прямым выходом триггера 27 и S-входом триггера ?6, триггер 26 устанавливается в единичное состояние, а триггер 27 устанавливается в нулевое состояние за счет обратной связи, существующеи между выходом переноса счетчика 30 и S-входом триггера 28 через триггер 29, триггер 28 устанавливается в единичное состояние, счетчик 30 в нулевое состояние, триггер 20

29 в нулевое состояние.

По отрицательному фронту сигнала

39, поступающего на С-вход триггера

26, триггер 26 переключается в нулевое состояние и на D-входе триггера

27 устанавливается уровень логической единицы. Теперь по положительному фронту тактового импульса 33, поступающего на С-вход триггера 27, триггер 27 переключается в единичное состояние. На первом выходе блока 8 управления появляется импульс переписи 43, а на S-входе триггера

26 устанавливается уровень логической единицы, что приводит к переключению триггера 26 в единичное состояние, и на D-входе триггера 27 устанавливается уровень логического нуля. Теперь по положительному фронту очередного тактового импульса 33 триггер 27 переключается в нулевое состояние и прекращается импульс переписи 43 на первом выходе блока 8 управления. Таким образом, формирователь одиночного импульса, . образованный триггерами 26 и 27, возвращается в исходное состояние.

По положительному фронту сигнала

43 на первом выходе блока 8 управления происходит перепись информации из счетчика 3 грубого отсчета в старшие разряды выходного регистра 4,, а из аналого-цифрового преобразователя

6 в младшие разряды выходного регистра 4„

По положительному фронту сигнала

l3, поступающего также на С-вход триггера 28, триггер 28 переключается в нулевое состояние, что приводит к появлению уровня логической единицы на V-входе счетчика 30, а на втором выходе блока 8 управления начинает действовать сигнал 45 "Установ". Теперь по положительному фронту каждого тактового импульса 33, поступающего с второго входа блока 8 управления на С-вход счетчика 30, счетчик

30 изменяет свое внутреннее состояние до тех пор, пока на его выходе переноса не появится уровень логической единицы. По положительному фронту следуюшего тактового импульса 33 счетчик 30 переходит в нулевое состояние, а триггер 29 — в единичное состояние. Это приводит к появлению уровня логической единицы на S-входе триггера 28. Триггер 28 переключается в единичное состояние, на инверсном выходе триггера 28 устанавливается уровень логического нуля, и действие сигнала 45 "Установ" на втором выходе блока 8 управления прекращается. По, положительному фронту следующего тактового импульса 33, поступающего на

С-вход триггера 29, триггер 29 переключается в -нулевое состояние. Нали-, чие уровня логического нуля íà V-входе счетчика 30 запрещает изменение состояния счетчика 30 по тактовым импульсам .33.

Таким образом, таймер, образованный триггерами 28, 29 и счетчиком ЗО, возвращается в исходное состояние.

Во время действия сигнала 45 на втором выходе блока 8 управления счетчик 3 грубого отсчета устанавливается. в исходное состояние (сигнал

37)., замыкается ключ 25 интегратора 5 и конденсатора 21 интегратора 5 разряжается,цо исходного уровня (сигнал 42).

1.

Формула изобретения

l. Измеритель временных интервалов, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами злемента задержки и селектора грубого отсчета, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика грубого отсчета, выходы которого ссединены с входами старших разрядов регистра памяти, интегратор, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос1307444

35 ти измерений и упрощения измерителя, в него введены старт-стопный интерполятор, блок управления, источник постоянного тока, выполненный в возможностью переключения полярнос- 5 ти выходного напряжения, и управляемый ключ, причем второй выход селектора грубого отсчета подключен к первому входу старт-стопного интерполятора, второй вход которого подключен к третьему выходу селектора грубого отсчета и второму входу элемента задержки, первый выход которого соединен с первым управляющим входом источника постоянного тока, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом элемента задержки и первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу -генератора тактовых импульсов, а 20 первый выход — к входу перезаписи регистра памяти, входы младших разрядов которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, выход источника постоянного тока соединен с входом управляемого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом старт-стопного интерполятора, а выход — с входом интегратора, вход обнуления которого подключен к второму выходу блока управления и установочному входу счетчика грубого отсчета, шины Стартп и ".Còoï подключены соответственно к второму и третьему входам селектора грубого отсчета.

2. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что элемент задержки представляет собой регистр сдвига, С- и D-входы которого явля- 40 ются соответственно первым и вторым входами элемента задержки, а инверсный и прямой выходы старшего разряда — первым и вторым выходами соответственно элемента задержки. 45

3. Измеритель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что старт-стопный интерполятор выполнен на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого являются входами интерполятора, а выход элемента HCKJII —

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ вЂ” его выходом.

4. Измеритель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что селектор грубого отсчета содержит RS-триггер, D-триггер, инвертор и элемент И, выход которого соединен с выходом селектора, а S- u R-входы RS-триггера являются соответственно вторым и третьим входами селектора, первый вход которого подключен к входу инвертора и первому входу элемента И, второй вход которого подключен к третьему выходу селектора и прямому выходу D-триггера, второй выход селектора соединен с прямым выходом

RS-триггера и Э-входом D-триггера, С-вход которого подключен к выходу инвертора.

5. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что интегратор содержит два операционных усилителя, три резистора, управляемый ключ, конденсатор и источник напряжения смещения, причем вход интегратора через первый резистор подключен к входу управляемого ключа и инвертирующему входу первого операционного усилителя, который через конденсатор соединен с выходом первого операционного усилителя и выходом интегратора, выход первого операционйого усилителя через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго опе- . рационного усилителя, который через третий резистор соединен с выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, .выход источника напряжения смещения соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, управляющий вход управляемого ключа соединен с входом обнуления интегратора.

1307444

Таю айе и пуигы

Сларл

Ьпаа

9диад кгРиггери

Юг/, ад.Ртриггера

Нхад cverФЖЮ

acute гиеты/ки грудага д ф77г4щ7пу

Вьцад инРЮД/П7РУ а7юа йиадлггюита лидер йигдйлю ника пгетаяи нь га така дюжая так и/тгРйушй7

3ыхгдию- O тгеюжгра

Фгреаиад реги /77р

gcmwад. са ркие, дыайщга г регистра

Составитель Л.Плетнева

Редактор Н. Киштулинец Техред H. Попович Корректор А.,ббручар

Заказ 1630/48 Тираж 371 Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )" — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðîä, ул.Проектная,4