DE3328540A1

DE3328540A1 - Vorrichtung zur messung der zeit zwischen zwei ereignissen

Info

Publication number: DE3328540A1
Application number: DE19833328540
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. 7442 Neuffen Böttigheimer; Karl-Heinz 7315 Weilheim Einsele; Klaus Dipl.-Ing.(FH) 7400 Tübingen Henig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-08-06
Filing date: 1983-08-06
Publication date: 1985-02-14
Also published as: GB8414045D0; GB2144935B; US4514835A; GB2144935A; JPS6044887A

Description

R.	18	'85	b	*** * ***	3	* ·· · ■ ·
10.	6.1983	Fd/Le			3328540

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Vorrichtung zur Messung der Zeit
zwischen zwei'-Ereignissen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vorrichtungen zur Periodendauermessung sind bereits allgemein "bekannt. Übliche Zählvorrichtungen sind hierbei in der Lage, die Zeit zwischen einem Start- und einem Stoppsignal zu messen. Mittels eines Startsignales wird der Takt eines Taktgenerators freigegeben, wobei der Taktgenerator auf einer relativ hohen Frequenz schwingt. Durch ein Stoppsignal wird der Taktgenerator wieder abgeschaltet. Die in der Zwischenzeit aufgetretenen Zählimpulse werden in einem Zähler gezählt und angezeigt. Dadurch ist eine genaue Messung der Zeitdauer zwischen zwei Ereignissen gegeben, die im wesentlichen nur von der Genauigkeit des Taktgenerators und dessen Frquenz abhängig ist. Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß mit ihnen Impulsfolgen, d.h. mehrere aufeinanderfolgende Ereignisse, nicht auswertbar sind. Wollte man die Zeit zwischen mehreren Ereignissen feststellen, so wären mehrere Zählvorrichtungen notwendig und jede Zählvorrichtung könnte die Zeit zwischen zwei Ereignissen ermitteln. Auf einfache Art und Weise war dies jedoch nur dann möglich, wenn die Ereignisimpulse bereits in getrennter Form vorlagen,

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so daß jeder der Zähler mit dem entsprechenden Ereignisimpuls angesteuert werden konnte. Eine Auswertung von Impulsfolgen, wie sie beispielsweise in der Digitaltechnik häufig auftreten, ist mit diesen Vorrichtungen nicht möglich. Hierzu finden Logikanalyser Verwendung, die jedoch in ihrem Aufbau kompliziert und in der Anschaffung teuer sind. Analoge Signale und asynchrone Signale sind mit Logikanalysern nicht auswertbar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nach einem ersten Ereignis die Zeiten bis zu den folgenden Ereignissen abspeicherbar sind und jeder Zeit wieder aufrufbar sind. Dadurch ist es möglich, sowohl Zeitabstände als auch Zeitverhältnise zwischen zwei Ereignissen sicher zu ermitteln. Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß nur ein Zähler und ein Speicherglied, vorzugsweise ein Schieberegister benötigt wird, so daß die Vorrichtung insgesamt einfach aufzubauen und kostengünstig herzustellen ist. Die Signale in den Speichern bzw. Schieberegistern sind zu dem leicht durch Recheneinrichtungen weiter zu verarbeiten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Günstig ist es, beim Überlauf des Schieberegisters den ältesten Meßwert durch den neuesten Meßwert zu ersetzen. Dadurch wird erreicht, daß bei einer beschränkten Speicherkapazität nur die jüngsten Meßwerte abgespeichert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise das Ende von Datenwörtern geprüft werden soll.

Erforderlich ist es auch, Mittel vorzusehen, damit die Signale der folgenden Ereignisse mit dem Taktsignal synchronisiert sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß ein Abstoppen des Zählers und ein Einlesen des Zählergebnisses im Speicher nur dann erfolgt, wenn sich die Zählerdaten nicht ändern, so daß ein sicheres Auslesen der Zählergehnisse gewährleistet ist. Durch diese Maßnahme sind die Erfordernisse der Schaltkreishersteller bezüglich der Übernahmezeiten besonders einfach zu erfüllen. Vorteilhaft ist es, die Torzeit für die Torschaltung mittels eines programmierbaren Teilers vorzunehmen. Durch diese Maßnahme ist die Schaltungsanordnung den verschiedenen Meßerfordernissen besonders einfach anpaßbar. Die Schaltungsanordung insgesamt ist vorteilhafterweise durch eine Recheneinheit bedienbar. Durch diese Rechenheit ist insbesondere die Torzeit und/oder das erste Ereignis vorgebbar. Durch den Rechner können gleichzeitig die in dem Schieberegister vorhandenen Werte ausgewertet und weiterverarbeitet werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der Steuerlogik, und die Figuren 3 bis 5 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung nach Figur 1 und 2.

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Beschreibung äer Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Schaltung "bietet die Möglichkeit, mehrere Zeiten zu messen und zu speichern₉ -welche jeweils vom Startsignal bis zu einem Stoppsignal dauern. Die Messung selbst findet dabei in einer Torzeit statt, deren Dauer programmierbar ist. Die Schaltungsanordnung ist insbesondere dazu geeignet, die Impulsfolge von seriellen Daten zu messen, die Prellzeit von Relais und Schaltern zu bestimmen oder Frequenz- und Pulsdauermodulationssignale auszuwerten.

Die Figur 1 zeigt einen Taktgenerator 1, der beispielsweise als Quarzoszillator ausgebildet ist und einen Zähltakt von etwa 10 MHz liefert. Das Ausgangssignal des Taktgenerators 1 T ist einerseits zu einem Eingang eines UND-Gliedes 2 und andererseits zu einem Takteingang einer Steuerlogik 5 und eines programmierbaren Teilers 6 geführt. Der Ausgang des programmierbaren Teilers 6 steht seinerseits mit einem weiteren Eingang des UND-Gliedes 2 in Verbindung. Der Ausgang des UND-Gliedes 2 führt zu dem Takteingang eines Zählers 3. Die Ausgänge des Zählers 3 sind über eine Datenleitung zu einer Speichereinheit h geführt, die vorzugsweise als Schieberegister ausgebildet ist.

Die Steuerlogik 5 weist einerseits einen Takteingang auf und andererseits einen Eingang B auf, an den die Stoppimpulse anlegbar sind. Bei jedem Stoppimpuls am Eingang B wird der aktuelle Zählerstand des Zählers 3 in das Schieberegister h übernommen. Das Schieberegister k wird von der Steuerlogik gesteuert. Mit M ist hierbei der Speicherbefehl gekennzeichnet, der von der Steuerlogik abgegeben wird und der das Schieberegister

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zur Übernahme des Zählerinhaltes des Zählers 3 veranlaßt Mit O ist die Overflow-Information gekennzeichnet. Ein Overflow-Signal wird vom Schieberegister h abgegeben, wenn seine Speicher alle belegt sind. Dieses Signal wird der Steuerlogik 5 zugeführt. Von der Steuerlogik 5 ist des weiteren das Unclocksignal U abgegeben, das dem Schieberegister k zugeführt ist. Durch die Abgabe des Unclocksignals wird das Schieberegister k freigeschaltet, so daß die erste Information des Schieberegisters h überschrieben werden kann.

Der Takt des Taktgenerators 1 ist des weiteren dem Takteingang eines programmierbaren Teilers 6 zugeführt. Der programmierbare Teiler 6 hat einen Rücksetzeingang R, an den das Eingangssignal A anlegbar ist. Das Eingangssignal A kennzeichnet das erste Ereignis. Das Teilerverhältnis des programmierbaren Teilers ist über eine Datenleitung vom Rechner T vorgebbar. Das Signal des ersten Ereignisses A ist des weiteren dem Rücksetzeingang R des Zählers 3 zugeführt. Der Ausgang des Schieberegisters k steht des weiteren über eine Datenleitung mit dem Rechner T in Verbindung.

Die Steuerlogik der Figur 1 ist als einfaches Beispiel in Figur 2 dargestellt. Das Taktsignal T gelangt zu einem Teiler 11, der das Taktsignal durch zwei teilt. Dem Teiler 11 folgt ein Monoflop 12 mit einem dynamischen Eingang, an den das Ausgangssignal des Teilers 11 anschlössen ist. Der Ausgang des Monoflops 12 führt zu einem Eingang eines NAND-Gliedes 13. Der Ausgang des NAND-Gliedes 13 ist mit dem Reset-Eingang eines Flip-Flops verbunden. Das Ereignissignal B gelangt an den dynamischen Eingang des Flip-Flops 1^, durch dieses gesetzt wird. Der Ausgang des Flip-Flops 1U steht mit einem Monoflop 15 und einem Monoflop 16 in Verbindung. Durch das Monoflop 15 wird mit der abfallenden Flanke

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des Ausgangssignals des Flip-Flops Ik ein Impuls vorgegebener Länge erzeugt, der dem Speichereingang M des Schieberegisters k zugeführt wird. Das Monoflop 16 wird ebenfalls durch die abfallende Flanke des Flip-Flops 1h gesetzt und hat eine geringfügige längere Zeitkonstante als das Monoflop 15. Der Ausgang des Monoflops 16 ist einem Eingang eines NAND-Gliedes 17 zugeführt. Der andere Eingang des NAND-Gliedes 17 steht mit dem Overflow-Ausgang 0 des Schieberegisters in Verbindung. Der Ausgang des NAND-Gliedes 17 führt zum Unclockeingang U des Schieberegisters k.

Als Zähler 3 eignen sich beispielsweise Zähler des Typs 7^LS 161 der Firma Texas Instruments, als Schieberegister findet ein First-in-F.irst-out-Speicher Typ 7^LS 22U derselben Firma Verwendung. Als Teiler 6 ist insbesondere der integrierte Schaltkreis AM 9513 der Firma'Advanced Micro Devices geeignet.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung sei anhand der Figuren 3-5 näher erläutert. Figur 3 zeigt die Möglichkeit, mehrere Zeiten zu messen und zu speichern, welche jeweils vom Startsignal bis zum Stoppsignal dauern. Ist eine Löschung der ältesten Zeit durch eine neuere Zeit nicht vorgesehen, so können die Signale U und 0 entfallen, so daß das Monoflop 16 und das NAND-Glied 17 nicht benötigt werden.

In Figur 3 ist der Fall dargestellt, bei dem die Zeiten der ersten Ereignisse gespeichert ist. Figur 3a zeigt das erste Ereignissignal, das am Eingang A der Schaltung nach Figur 1 angelegt ist. Durch dieses Signal, das beispielsweise vom·Mikrocomputer 7 oder durch ein äußeres Ereignis vorgegeben wird, werden der Zähler 3 zurückgesetzt und der Teiler 6 freigegeben. Während der Freigabe liegt am Ausgang des Teilers 6 ein logisches 1-Signal an, das in Figur 3c dargestellt ist. Das UND-Glied 2 ist nun geöffnet, so daß die Taktfrequenz des

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Taktgenerators 1 in den Zähler 3 gezählt werden kann. Tritt nun ein zweites Ereignis auf, was in Figur 3b dargestellt wird, wird mit jedem Ereignis der augenblickliche Zählerstand in das Schieberegister U übernommen. Diese augenblicklichen Zählerstände sind als Impulsbreitensignale in den Figuren 3d bis 3g dargestellt. Auf dem.ersten Speicherplatz ist die Meßzeit zwischen dem ersten Ereignis und dem zweiten Ereignis aufgezeigt, in Figur 3e die Zeit zwischen dem ersten und dem zweiten folgenden Ereignis und in Figur 3f die Zeit zwischen dem ersten und dem dritten folgenden Ereignis. Wird ein 16 Bit-Schieberegister verwendet, so sind auf diese Art und Weise 16 Zeiten aufnehmbar. Diese sechzehnte Zeit ist in Figur 3g dargestellt. Danach ist der Speicherplatz erschöpft, so daß die Meßwerte für weitere Ereignisse nicht mehr abgespeichert werden können. Die Signale nach Figur 3a sind im übrigen bedeutungslos, wenn die Torzeiten nach Figur 3c freigegeben ist. Die Länge der Torzeit bestimmt sich aus dem Teilerverhältnis des Teilers 6, was seinerseits bei der Verwendung eines programmierbaren Teilers durch den Mikroprozessor T jeder Zeit veränderbar ist und so den unterschiedlichen Meßkonditionen angepaßt werden kann. Der Übernahmeimpuls für den Speicher wird durch das Signal M erzeugt, das von der Steuerlogik abgegeben wird. Die Erzeugung des Signales M wird später ausführlich beschrieben.

Durch Subtraktion der gemessenen Zeiten voneinander, die beispielsweise im Mikroprozessor 7 vorgenommen werden kann, ist exakt die Zeitdifferenz zwischen zwei beliebigen Ereignispunkten zu bestimmen. Durch diese Meßmethode ist nun erstmalig die Möglichkeit geschaffen, nicht periodische, unregelmäßige oder

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einmalige Signalfolgen digital zu vermessen. So ist es beispielsweise möglich, die Prellzeiten von Relais auf diese Art und Weise festzustellen. Das Signal A wird beispielsweise beim Anlegen der Spannung an das Relais erzeugt. Als Ereignisse B dienen beispielsweise die O-Durchgänge oder die Spitzenwerte der an einem Schaltkontakt des Relais anliegenden Signale. Die Häufigkeit des Prellens, die Prellzeit, die Schaltzeit des Relais oder eines Schalters ist nunmehr durch

das Speichern der unterschiedlichen Meßzeiten leicht zu ermitteln.

Da die Zahl der Speicherplätze der Schieberegister begrenzt ist, ergibt sich eine weitere Betriebsart. Wie bereits der Figur 3 zu entnehmen ist, lassen sich bei einer entsprechenden Torzeit nach Figur 3e nicht alle Ereignisimpulse nach Figur 3b vermessen. Figur h zeigt nunmehr eine Methode, aufgrund der die letzten Impulse einer Torzeit gespeichert werden können. Die Messung wird in dieser Betriebsart ebenfalls durch ein Startsignal nach Figur Ua angestoßen. Ist jedoch der Speicher durch die Ereignisse nach Figur Ud voll, wird der zuerst eingetragene Meßwert, ohne ausgewertet zu werden, aus dem Speicher getaktet. Ein voller Speicher wird durch das Signal 0 erkannt, das vom Schieberegister U an die Steuerlogik 5 abgegeben wird. Ist dies der Fall, wird von der Steuerlogik 5 ein Signal U abgegeben, durch das der älteste Meßwert aus dem Schieberegister getaktet wird, wenn ein weiteres Ereignis B am Eingang der Steuerlogik anliegt. Dadurch entsteht am Eingang des Speichers wieder ein freier Platz, in den wiederum ein weiterer Meßwert geschrieben werden kann. Während der Torzeit (Figur Ub) werden daher die ältesten Werte jeweils durch den neuesten Wert ersetzt. Ein Teil der gespeicherten Meßzeiten sind

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in den Figuren Ud bis Ug dargestellt. Nach Ablauf der Torzeit stehen daher die N - 1 zuletzt gemessenen Zeiten im Speicher, wobei N die Anzahl der Speicherplätze ist.

Nach Ablauf der Torzeit werden vom Rechner die im Schieberegister gespeicherten Meßwerte übernommen. Die Anzahl der gespeicherten Meßwerte ist abhängig von der Tiefe des Schieberegisters j das hier als First- in- und Firstout-Memory ausgebildet ist. Die Tiefe des Schieberegisters ist beliebig erweiterbar, so daß die Anzahl der maximalen speicherbaren Zeiten dem Bedarf gut anpaßbar ist.

Da mit der Vorrichtung insbesondere nicht periodische oder unregelmäßige Signalfolgen digital vermessen werden sollen, ist durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, daß eine sichere Übernahme des Zählerstandes möglich ist. Eine solche Übernahme ist nämlich nur dann ohne Schwierigkeiten möglich, wenn der Zählerstand zum Zeitpunkt der Übernahme während einer gewissen Zeit nicht verändert wird, so daß der augenblickliche Wert sicher in das Schieberegister eingelesen wird. Da der Impuls B nach Figur 3b oder Ub zu beliebigen Zeiten eintreffen kann, muß er mit dem Taktsignal des Taktgenerators 1 synchronisiert werden. Der hierbei auftretende Quantisierungsfehler ist bei einer hohen Taktfrequenz so gering, daß er vernachläßigbar ist. Des weiteren muß in der zweiten Betriebsart Vorsorge getroffen werden, daß bei einem vollen Speicher ein Speicherplatz freigegeben wird, so daß das neue Meßwertergebnis eingelesen wird. Die Wirkungsweise der Steuerlogik ist anhand der Figuren 2 und 5 näher erläutert. Am Takteingang der Steuerlogik liegt das Taktsignal nach Figur 5a an. Dieses Taktsignal wird durch den Teiler 11 halbiert und durch das Monoflop 12 in kurze Impulse umgewandelt,

die mit der abfallenden Flanke des Ausgangssignals des Teilers 11 "beginnen. Am Ausgang des Monoflops 12 sind daher Signale nach Figur 5b angreifbar. In Figur 5c sind die Ereignissignale dargestellt, die über den Eingang B an das Flip-Flop "\k gelangen. Durch diese Signale wird das Flip-Flop 11+ gesetzt. An seinem Ausgang liegt nunmehr ein logisches 1-Signal an, so daß nunmehr die kurzen Taktimpulse nach Figur 5^ negiert an den Rücksetzeingang dps Flip-Flop 1^ gelangen. Die Rücksetzimpulse sind in Figur 5e dargestellt. Durch diese Signale -wird der Ausgang des Flip-Flops 1U zurückgesetzt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 1U ist in Figur 5d dargestellt. Durch die abfallende Flanke des Flip-Flop lh werden nunmehr die Monoflops 15 und gesetzt. Das Ausgangssignal des Monoflops 15 ist in Figur 5f dargestellt. Die abfallende Flanke des Ausgangssignals des Monoflops 15 dient nunmehr als Speicherübernahmeimpuls für das Schieberegister. Die Zeitdauer des Monoflops 15 ist so gewählt, daß der Übernahmeimpuls in eineiTaktpause des Taktes nach Figur 5a erfolgt. Das Monoflop 16 hat eine etwas längere Verzögerungszeit, so daß das Monoflop 15 schon abgefallen ist, wenn das Monoflop 16 abfällt. Dieses Signal wird nicht benötigt, wenn nicht der älteste Wert des Schieberegisters durch einen neuen ersetzt werden soll.

Wird durch das Signal 0 festgestellt, daß die Speicher voll sind, so liegt auf der Signalleitung 0 eine logische 1, so daß das NAND-Glied 17 freigeschaltet ist. In diesem Fall kann das Signal des Monoflops 16 an den Ausgang U der Steuerlogik gelangen. Dadurch wird ein Unclocksignal ausgelöst, das den ältesten gespeicherten Wert ausliest. Dieses Unclocksignal ist in Figur 5g dargestellt. Da das Monoflop 16 eine längere Zeitkonstante hat als das Monoflop 15 _s tritt der Unclockimpuls erst dann auf, wenn der letzte Wert bereits in den Speicher übernommen ist. Durch den Unclockimpuls wird ein neuer

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freier Speicherplatz bereitgestellt, in die der nächste Meßwert einschreibbar ist.

Claims

R. Γ > j

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Vorrichtung zur Messung der Zeit zwischen einem ersten und einem zweiten Ereignis mit einer Torschaltung, einem Taktgeber und einem Zähler zum Zählen der Taktimpulse zwischen zwei Ereignissen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung, vorzugsweise ein Schieberegister {k), an den Zählerausgang angeschlossen ist und daß der Zählerstand des Zählers (3) nach jedem dem ersten Ereignis folgenden Ereignis während einer vorgegebenen Torzeit in das Schieberegister eingelesen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Überlauf des Schieberegisters (k) der älteste Meßwert durch den neuesten Meßwert ersetzt wird.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Signale der folgenden Ereignisse mit dem Taktsignal sychronisieren.
k. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torzeit für die Torschaltung mittels eines programmierbaren Teilers (6) vvorgebbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Torzeit und/oder das erste Ereignis von einer Steuer- oder Rechenheit (7) vorgebbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schieberegister (h) gespeicherten Werte in einem Rechner (7) auslesbar und weiter verarbeitbar sind. '