Способ преобразования интервалов времени

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам и способам преобразования временных интервалов. Сущность изобретения: устройство для реализации способа преобразования интервалов времени содержит: N-тактный генератор 1, блок элементов ИЛИ 2, блок элементов 2И - ИЛИ 3, RS-триггер 4, счетчик импульсов 5, блок элементов И 6, блок триггеров "С защелкой" 7, счетный триггер 8, мажоритарный элемент 9, формирователь импульсов 10, входную шину, шину пуска, выходную шину с соответствующими связями. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразованию временных интервалов и может быть использовано в автоматике, вычислительной технике и телеметрических системах.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения временных интервалов (авт.св. N 1661717, кл. G 04 F 10/04), заключающийся в формировании N эталонных последовательностей импульсов с заданным периодом следования, подсчете количества импульсов, совпавших с измеряемым временным интервалом, изменении независимо и по случайному закону фазовых соотношений импульсов в эталонных последовательностях, суммировании, делении, определении измеряемого.

Наличие таких операций как суммирование, деление и подсчет импульсов в каждой из сформированных последовательностей усложняет алгоритм способа и ограничивает область его применения.

Цель изобретения расширение области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности интервалов при сохранении высокой точности преобразования.

Цель достигается тем, что в способе цифрового преобразования временных интервалов, заключающемся в формировании N эталонных последовательностей импульсов с заданным периодом следования Т_о, подсчете числа эталонных импульсов за время длительности интервалов между импульсами преобразуемой последовательности, дополнительно в момент появления сигнала начала преобразования анализируют фазы эталонных последовательностей импульсов, по результатам анализа передают для подсчета эталонную последовательность импульсов, фаза которой совпала с началом преобразования, задерживают начало подсчета выбранной эталонной последовательности, подсчитывают число эталонных импульсов от начала преобразования до каждого последующего входного сигнала, в момент подачи которого анализируют фазы эталонной последовательности, а по результатам анализа синхронизируют фазу последующего импульса эталонной последовательности с началом последующего входного сигнала, затем исключают регистрацию импульса эталонной последовательности при совпадении входного сигнала с фазой (π,2π)., считывают результаты преобразования, исключая искажение результатов преобразования и формируют сигнал о коррекции результатов преобразования, если последующий входной сигнал совпал с фазой (π,2π)..

Операция анализ фаз в момент начала операции начало преобразования заключается в объединении фаз двух соседних импульсных сигналов, выделении импульсов с фазой, совпадающей с началом данной операции, блокировании передачи сигналов с остальными фазами.

Операция анализ фазы в момент поступления последующих входных сигналов заключается в определении фазы импульсной последовательности, с которой совпал входной сигнал, в формировании сигнала при совпадении с фазой (π,2π) и ограничении длительности этого сигнала.

Операция исключение искажений результатов преобразования при считывании заключается в формировании сигнала в момент совпадения анализируемой эталонной последовательности с входной последовательностью с фазой, ограничении длительности данного сигнала в момент совпадения с фазой 2π, формировании выходных результатов преобразования в течении длительности данного сигнала.

Таким образом, совокупность введенных операций является существенными признаками, которые необходимы и достаточны для достижения поставленной цели расширение области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности временных интервалов при сохранении высокой точности преобразования, так как обеспечивается преобразование последовательности случайных временных интервалов, преобразование осуществляется в едином цикле, операция начала преобразования обеспечивает погрешность не более +Т/N, обеспечивается погрешность преобразования при поступлении сигналов не более -Т/2, снижение погрешности преобразования достигнуто без повышения частоты следования эталонной последовательности импульсов.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие алгоритм способа, на фиг. 2 возможный вариант технической реализации для случая N 4.

Рассмотрим взаимосвязь и последовательность выполнения операций способа.

Исходное состояние совокупности операций определяется начальным состоянием/отсутствием операции начала преобразования. В это время определенная организация операции формирования эталонной N-фазной импульсной последовательности (фиг. 1.1-1.41), что исключает заполнение временных интервалов и подсчет импульсов (фиг. 1.c). В связи с отсутствием импульсов эталонной последовательности остальные операции не действуют.

Началом отсчета в преобразуемых интервалах является начало первого входного сигнала/операции подачи начала преобразования, в процессе действия данной операции будет осуществляться преобразование временных интервалов, определяемых входными сигналами (подтверждается интервалами Т1, Т2 на фиг. 1). Прекращение операции подачи начала идентифицирует факт завершения цикла преобразования. Повторение операции подачи начала преобразования позволяет повторить цикл преобразования для другой последовательности временных интервалов. Операция начала определяет разрешение для последовательного выполнения всех последующих операций. Реализация операции начала преобразования в момент времени То (фиг. 1.Вх1) обеспечивает последовательное функционирование операций анализа и синхронизации фазы. Синхронно с операцией "начало" выполняется операция "задерживают начало подсчета импульсов".

Операция анализа фаз заключается в построении импульсных последовательностей таким образом, чтобы перекрывались импульсы соседних фаз (фиг. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4), что представлено на фиг. 1.12, 1.23, 1.34, 1.41; выделении импульсной последовательности (фиг. 1.2), совпадающей с началом операции начала преобразования (фиг. 1. Вх1) в момент времени То; блокировании передачи сигналов с остальными фазами (фиг. 1.с); организации формирования последовательности тактовых импульсов с выбранной фазой таким образом, чтобы операция подсчета начиналась через время (Т-Т/N). Это обеспечит погрешность начала преобразования +Т/N(-+T/N) к моменту времени Т_о операции начала преобразования (фиг. 1. Вх1).

При поступлении входных сигналов (фиг. 1. Вх2), определяющих временные интервалы относительно момента Т_о, анализируются фазы выбранной последовательности (фиг. 1.с) тактовых импульсов со следующими критериями оценки: совпадение произошло с фазой 0 p логический 0, совпадение произошло с фазой p...2π логическая 1.

В процессе анализа фазы по началу входного сигнала (фиг. 1. Вх1) определяют фазу (фиг. 1.2) тактовых импульсов в данный момент, совпадающую с моментом времени То, и формируют сигнал (фиг. 1.с) в соответствии с заданным критерием. Длительность данного сигнала ограничивается последующим изменением фазы p>2π.

Результат анализа используется для синхронизации фазы (фиг. 1.с) тактового импульса.

В первом случае фаза последующего рабочего фронта тактового импульса сохраняется.

Во втором случае фаза последующего рабочего фронта тактового импульса формируется в момент поступления входного сигнала, исключая формирование ее тактового сигнала.

Таким образом, в обоих случаях создаются условия получения погрешности преобразования -+Т/2 совокупностью рассмотренных операций.

Формирование выходного сигнала о результатах анализа используют для коррекции ошибки преобразования в момент поступления входного сигнала в процессе расшифровки информации.

Учитывая наличие определенных временных затрат на выполнение операций в том числе и операции подсчет импульсов, для операции считывания результатов преобразования, т.е. формирования данных раздельно от операции подсчет, задерживают (фиг. 1.Ск) формирование выходной информации, что обеспечивает операцию исключения искажений результатов в едином процессе преобразования. Сущность данной операции заключается в формировании сигнала считывания, сдвинутого на Т/2 относительно рабочего фронта счетного импульса. Длительность данного сигнала должна быть не более Т/2. Неоднозначность возникает из-за конечных временных затрат на выполнение операции подсчета. Для выполнения данной операции используют результаты операции анализ фаз в момент поступления каждого из последующих входных сигналов.

Вариант технического решения способа дан на фиг. 2 на базе 4-разрядного генератора импульсов эталонной последовательности и содержит генератор 1, блок 2 элементов И, блок 3 элементов 2И-N ИЛИ, первый Д-триггер 4, счетчик 5, блок 6 элементов И, блок 7 триггеров "с защелкой", второй D-триггер 8, мажоритарный элемент 9, формирователь импульсов 10, первый вход Вх1 стартового импульса, второй вход Вх2 последовательности импульсов.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 4 установлен в состояние, при котором выходной сигнал обеспечивает установку счетчика 5 в нулевое состояние. Блок 7 находится в режиме транзитной передачи сигналов триггером, что реализует на выходе блока 3 постоянный уровень (фиг. 1.с). Исходный уровень выбирается исходя из условия: второй сформированный фронт на его выходе должен быть рабочим для счетчика 5.

Работа преобразователя начинается в момент времени То (фиг. 1. Вх1) после подачи сигнала по входу Вх1 (операция начало преобразования и анализ фаз), которым обеспечивается фиксация уровней на выходах блока 7 триггеров с защелкой. Как следует из фиг. 1.12, 1.23, 1.34, 1.41 (объединение фаз) уровень логической "1" имеется только на выходе 21 блока 3 (фиг. 1.41), что обеспечит формирование (операция передают для подсчета) на выходе блока 3 (выделение импульса с фазой) импульсов генератора с фазой (фиг. 1.2), так как логический "0" по остальным выходам с блока 7 исключают (блокируют передачу сигналов с остальными фазами) передачу импульсов с другими фазами. В процессе подачи (заполнение импульсами) импульса по входу Вх1 и совпадении с выходным потенциалом блока 3 на выходе мажоритарного элемента 9 может сформироваться ложный сигнал. В связи с тем, что триггер 4 поддерживает на обнуляющем входе счетчика 5 начальный уровень, возможный ложный сигнал на его входе в данном случае не регистрируется, т.е. не вносит искажений (задерживают начало заполнения и исключают регистрацию импульса последовательности).

Первый импульс эталонной последовательности в счетчике 5 будет зафиксирован через период с погрешностью не более +0 Т/N, что подтверждает анализ эпюр (фиг. 1.2, 1.3, 1.с) (анализ фазы в момент начала операции начала преобразования, синхронизация фазы, исключение искажений результатов).

Последовательность импульсов по шине Вх2 в общем случае может совпадать с одной из фаз импульсов на входе счетчика 5 (фиг. 1.с). Совпадение с уровнем "1" (случай Т1, Т3) не приводит к изменениям эталонной последовательности (фиг. 1.Ск) (анализ фазы в момент поступления последующих входных сигналов). Сформированный формирователем импульсов 10 отрицательным перепадом эталонной последовательности идентифицирует на выходах состояние результатов преобразования при считывании). Совпадение с уровнем "0" (случай Т2) вызывает модуляцию (синхронизация фазы) фазы эталонной последовательности, так как в этом случае срабатывает D-триггер 8 (фиг. 1.с), на счетный вход которого подается входной сигнал, фиксирующий на третьем входе мажоритарного элемента 9 лог. "1". Последнее и является причиной модуляции.

При подаче импульсов-идентификаторов временных интервалов относительно сигнала Вх1 возможны следующие погрешности: совпадение с фазой (0...π), т.е. после рабочего фронта в момент времени Т1, Т3. Как следует из эпюр фиг. 1.с, 1.Вх2, 1.Ск, ошибка составляет (0 Т/2), совпадение с фазой (π...2π), т.е. после рабочего фронта в момент времени Т2. Как следует из эпюр фиг. 1.с, 1.Ск, в данном случае имеет место модуляция рабочего фронта, т.е. запись в счетчик 5 сигнала раньше рабочего фронта эталонной последовательности на время 0 Т/2. Следовательно, в этом случае ошибка не более +(0 T/2).

Индикация цифрового кода (результата преобразования), соответствующего данному временному интервалу выполняется блоком 6 элементов И сигналом формирователя 10 импульсов по спаду. Данный сигнал (фиг. 1.Кс) длительностью менее Т/2 формируется первым отрицательным перепадом на выходе мажоритарного элемента 9 относительно начала соответствующего входного сигнала (фиг.1. Вх2) (исключение искажений результатов преобразования при считывании). Так для интервала Т1 индицируется двоичное число 3, для интервала Т2 число 6, для интервала Т3 число 8, т.е. по числу подсчитанных импульсов/фронтов счетчиком 5 (фиг. 1.ск).

Положительные качества способа обеспечивают выигрыш при преобразовании произвольной последовательности временных интервалов в сравнении с существующим способом: снижение в 5 100 раз тактовой частоты преобразования при сохранении метрологических характеристик прототипа, исключение вероятности искажений результатов преобразования при считывании, способ не содержит сложных действий, что упрощает техническую реализацию и расширяет область применения.

Формула изобретения

1. Способ преобразования интервалов времени, заключающийся в формировании N эталонных последовательностей импульсов с заданным периодом следования T₀, подсчете числа эталонных импульсов за время длительности интервалов между импульсами преобразуемой последовательности, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности интервалов при сохранении высокой точности преобразования, в момент появления сигнала начала преобразования анализируют фазы эталонных последовательностей импульсов, по результатам анализа передают для подсчета эталонную последовательность импульсов, фаза которой совпала с началом преобразования, задерживают начало подсчета выбранной эталонной последовательности, подсчитывают число эталонных импульсов от начала преобразования до каждого последующего входного сигнала, в момент подачи которого анализируют фазы эталонной последовательности, а по результатам анализа синхронизируют фазу последующего импульса эталонной последовательности с началом последующего входного сигнала, затем исключают регистрацию импульса эталонной последовательности при совпадении с входным сигналом с фазой (π, 2π), считывают результаты преобразования, исключая искажение результатов преобразования и формируют сигнал о коррекции результата преобразования, если последующий входной сигнал совпал с фазой (π, 2π).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операция анализ фаз в момент начала операции начало преобразования заключается в объединении фаз двух соседних импульсных сигналов, выделении импульсов с фазой, совпадающей с началом данной операции, блокировании передачи сигналов с остальными фазами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция анализ фазы в момент поступления последующих входных сигналов заключается в определении фазы импульсов последовательности, с которой совпал входной сигнал, формировании сигнала при совпадении с фазой (π, 2π) и ограничении длительности этого сигнала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция исключения искажений результатов преобразования при считывании заключается в формировании сигнала в момент совпадения анализируемой эталонной последовательности с входной последовательностью с фазой π, ограничении длительности данного сигнала в момент совпадения с фазой 2π, формировании выходных результатов преобразования в течение длительности данного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2