DE3714901C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zeitmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Zeitmeßvorrichtung ist aus der DE-OS 32 44 249 bekannt.

Diese Druckschrift beschriebt einen Zeitzähler, bei welchem Taktimpulse von einem Taktgenerator über eine UND-Schaltung einem Zähler zugeführt werden. Die UND-Schaltung wird durch ein Signal gesteuert, das das zu messende Zeitintervall definiert. Wenn das Zeitintervall so lang ist, daß der Zähler vollständig gefüllt wird, wird das Ausgangssignal der höchstwertigen Bitstelle des Zählers einer weiteren UND-Schaltung über einen Inverter zugeführt, so daß die Taktimpulse vom Taktgenerator nicht mehr direkt in den Zähler einlaufen können. Stattdessen wird eine weitere UND-Schaltung geöffnet, so daß Taktimpulse, die durch einen Frequenzteiler in der Frequenz geteilt worden sind, dem Zähler zugeführt werden. Die Zählung des Zählers wird daher durch die Dauer des Zeitintervalls beeinflußt, so daß damit die Notwendigkeit für einen Zähler sehr großen Zählvolumens vermieden wird, wenn Zeitintervalle großer Dynamik, d. h. sehr stark unterschiedlicher Zeitlängen, erfaßt werden sollen. Diese Zeitmeßeinrichtung arbeitet nur mit zwei unterschiedlichen, dem Zähler zugeführten Taktfrequenzen. Sie erfordert zur Auswahl der dem Zähler zugeführten Taktfrequenz zunächst eine vollständige Füllung des Zählers, was mit einer entsprechenden Verzögerung verbunden ist.

Aus der DE-PS 32 40 891 ist eine Zählschaltung zum Messen von Zeitintervallen bekannt, die die Ermittlung mehrerer Zählwerte entsprechend mehreren Ereignissen in bezug auf ein erstes Ereignis erlaubt. Sie enthält einen Meßzähler, der zu Beginn eines Zeitintervalls gestartet und am Ende des Zeitintervalls angehalten wird, wobei parallel zum Meßzähler ein Hilfszähler vorgesehen ist, der zum Zeitpunkt der Stillsetzung des Meßzählers gestartet wird und dessen Zählerstand am Ende eines Zählintervall zum Zählstand des Meßzählers hinzuaddiert wird. Die einzelnen Meßzählerstände werden zur weiteren Verarbeitung in ein Register übernommen. Die Schaltung setzt voraus, daß ein aus dem ersten Ereignis abgeleitetes Signal auf einen bestimmten Eingangsanschluß des Meßzählers und aus den nachfolgenden Ereignissen abgeleitete Signale nacheinander auf einen anderen Eingangsanschluß des Meßzählers geleitet werden. Eine Unterscheidung, welcher Zählwert dem Ereignis aus welcher Quelle entspricht, ist bei dieser Zählschaltung nicht möglich. Aus der nachveröffentlichten, aber zum Stand der Technik gemäß § 3 Absatz 2 PatG zählenden DE-OS 37 06 089 ist ein Zeitmeßsystem mit großem Dynamikbereich bekannt, bei dem die Periode eines einem Zähler zugeführten Taktes vor dem ersten Auftreten eines der Ereignisse verändert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Zeitspanne zwischen einem vorbestimmten Zeitpunkt und dem Auftreten des ersten der Ereignisse. Mit der so eingestellten Taktperiode werden dann die Zählwerte ermittelt, wobei jedem Ereignis ein eigener Zähler zugeordnet ist, was entsprechend aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zeitmeßvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine effektive Zeitmessung in großem Dynamikbereich mit relativ kleinem Aufwand an Hardware ausführen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Zeitmeßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild von Auswahlschaltungen in der Schaltung nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Signalen, die während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 1 erzeugt werden.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 stellen die Signale E₁ bis E_m (Auftrittsignale) jeweils eines von m hinsichtlich des Auftrittszeitpunkts zu messender Ereignisse dar. Wenn ein Ereignis auftritt, dann wechselt der Pegel des entsprechenden Signals E von "0" auf "1.

In der Schaltung bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine ODER-Schaltung, und die Bezugszeichen 22 (22a bis 22m) bezeichnen Verriegelungsschaltungen, die den Ausgang eines Zählers 23 verriegeln, wenn die Signale an ihren Tasteingangsanschlüssen ST von "0" auf "1" angehoben werden. Die Bezugszeichen 24a, 24b, 25 und 26 bezeichnen zwei UND-Schaltungen, einen Inverter und ein Schieberegister. Im Schieberegister 26 werden die Parallelausgänge Q₁ bis Q_n sämtlich auf "0" gesetzt, wenn ein Rücksetzsignal RESET dem Rücksetzeingang R zugeführt wird. Wenn anschließend Taktsignale dem Takteingang des Schieberegisters 26 zugeführt werden, dann wird ein "1"-Signal an einem Eingangsanschluß D von rechts nach links verschoben, bis die Ausgänge Q₁ bis Q_n sämtlich gleich "1" sind.

Wie Fig. 1 zeigt, enthält die Schaltung auch einen 1/K-Frequenzteiler 27, wobei K eine positive Zahl ist, und Wählschaltungen 81, 82, . . . 8N. In jeder dieser Wählschaltungen wird das Signal am Eingang I₂ zum Ausgang O durchgeschaltet, wenn das Signal am Steueranschluß S auf "1"-Pegel ist, und das Signal am Eingang I₁ zum Ausgang O durchgeschaltet, wenn das Signal am Steuer­ anschluß S auf "0"-Pegel ist. Die Elemente 91, 92, 93 . . . und 9N sind jeweils 1/2-Frequenzteiler.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Wählschaltungen 81 bis 8N ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform enthält jede Wählschaltung zwei UND-Schaltungen 38a und 38b, eine ODER-Schaltung 38c und einen Inverter 38d. Wenn das Signal am Steueranschluß S auf "1"-Pegel ist, dann wird die eine UND-Schaltung 38a gesperrt und das Signal am Eingang I₂ der UND-Schaltung 38b wird dem Ausgangsanschluß O zugeführt. Wenn das Eingangssignal S auf "0"-Pegel ist, dann wird die andere UND-Schaltung 38b gesperrt und das Signal am Eingang I₁ der UND-Schaltung 38a wird dem Ausgangsanschluß O zugeführt.

Der Betrieb der Zeitmeßvorrichtung nach Fig. 1 kann am besten unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme nach Fig. 3 beschrieben werden. Der Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 beginnt, wenn ein Rücksetzsignal (Fig. 3 (a)) den Inhalt des Zählers 23 und den des Schieberegisters 26 rücksetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal Q₁ des Schieberegisters 26 gleich "0", so daß die Wählschaltung 81 das Taktsignal Φ₁ abgibt, wie in Fig. 3 (b) gezeigt. Wenn keines der Ereignisse aufgetreten ist, dann sind alle Signale E auf "0"-Pegel. Dieser Zustand setzt den Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "0"-Pegel und den Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel. Wenn der Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel ist, dann läuft der Ausgang Φ_T des 1/K-Frequenzteilers 27 durch die UND-Schaltung 24b in den Takteingang des Schieberegisters 26.

Wenn die Schaltung vor dem Auftreten eines Ereignisses weiter arbeitet, dann werden Taktsignale Φ_T weiterhin dem Taktsignaleingang des Schieberegisters 26 zugeführt, und es wird ggf. der folgende Zustand eingerichtet:

Q₁ = . . . = Q_j = "1" und

Q_j+1 = . . . = Q_n = "0".

In diesem Zustand werden j 1/2-Frequenzteiler 91 bis 9J von den Wählschaltungen 81 bis 8J verwendet, und ein Taktsignal Φ_S (Fig. 3 (c)) ergibt sich, indem das Taktsignal Φ_a insgesamt j 1/2-Frequenzteilungen unterworfen wird. In der Ausführungsform nach der Erfindung gemäß Fig. 2 wird ein Schiebetaktimpuls Φ_T vom 1/K-Frequenzteiler 27 dem Schieberegister 26 über die UND-Schaltung 24b alle K Perioden des Taktsignals Φ_S zugeführt.

Solange wie der Ausgang des Inverters 25 auf "1"-Pegel ist, wird ein weiterer 1/2-Frequenzteiler alle K Perioden des Taktsignals Φ_S hinzugefügt. Dies bewirkt, daß die Periode von Φ_S zunächst verdoppelt, dann vervierfacht usw. wird. Mit anderen Worten, die Frequenz des Taktsignals Φ_S gleicht der Frequenz des ursprünglichen Taktsignals Φ_a für die ersten K Taktimpulse, dann nimmt sie auf die Hälfte jener Frequenz für die nächsten K Taktimpulse ab und nimmt dann wieder um die Hälfte während der nachfolgenden K Taktimpulse ab, bis schließlich Q_n=1 ist oder bis eine Rücksetzung auftritt. Solange das System nicht unterbrochen wird, ist daher die Periode des Taktsignals Φ_S im wesentlichen proportional der seit dem Beginn der Messung verstrichenen Zeit, so daß die relative Genauigkeit der Messung im wesentlichen der verstrichenen Zeit entspricht.

Das erste der Ereignisse, die den Signalen E₁ bis E_m zugeordnet sind, das auftritt, ist das Ereignis i entsprechend dem Signal E_i (Fig. 3 (d)). Wenn dieses erste Ereignis auftritt, dann wird der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben, wie in Fig. 3 (e) gezeigt, und das Taktsignal Φ_S wird durch die UND-Schaltung 24a geleitet und vom Zähler 23 gezählt. Wenn ein weiteres Ereignis später, d. h. eines, das dem Signal E_j zugeordnet ist (Fig. 3 (f)), dann wirkt das Signal E_j als ein Tastsignal für die entsprechende Verriegelungsschaltung 22j und veranlaßt diese, den Ausgang des Zählers 23 zu verriegeln. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiels, wird ein "3" aufgezeichnet. Wenn das erste Ereignis auftritt, dann ist der Inhalt des Zählers 23 gleich "0", und "0" wird in der entsprechenden Verriegelungsschaltung 22i verriegelt.

Wenn das erste Ereignis auftritt und das Signal E_i erzeugt, dann fällt, weil der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben wird der Ausgang des Inverters 25 auf "0" und sperrt die UND-Schaltung 24b, was verhindert, daß Schiebetaktimpulse den Zustand im Schieberegister 26 weiter verändern. Folglich bleibt die Periode des Taktsignals Φ_S unverändert.

Später, wenn weitere Ereignisse entsprechend den anderen Signalen E₁ bis E_m auftreten, werden Daten, die die Zeitpunkte ihres Auftretens darstellen, in den zugehörigen Verriegelungsschaltungen 22₁ bis 22 _m aufgezeichnet, wobei der Zeitpunkt, zu welchem das erste Ereignis aufgetreten ist, der Bezugspunkt oder Bezugszeitpunkt (t=0) ist. Bei diesem Aufzeichnungsbetrieb entsprechen die Frequenzen der verwendeten Taktimpulse den verstrichenen Zeiten seit dem Beginn der Messung. Die so erhaltenen Daten sind daher wirksam und signifikant.

Die Schaltung nach Fig. 1 kann so verändert werden, daß die UND-Schaltung 24b und der Inverter 25 fehlen und der Ausgang des 1/K-Frequenzteilers 27 direkt dem Takteingang des Schieberegisters 26 zugeführt wird. In diesem Falle wird die Zeitmessung derart ausgeführt, daß die Periode des Taktsignals Φ_S auch dann vergrößert wird, nachdem der Ausgang der ODER-Schaltung 21 auf "1" angehoben worden ist.

Claims (3)

1. Zeitmeßvorrichtung zum Erhalten mehrerer Zählwerte, die jeweils einer Zeitdauer zwischen einem Anfangszeitpunkt und dem Auftritt eines aus einer Mehrzahl von Ereignissen entsprechen, durch Zählen der Anzahl von Taktimpulsen, gekennzeichnet durch:
eine erste Torschaltung (21) zum Ausgeben der logischen Summe von beim Auftreten der genannten Ereignisse erzeugter Auftrittssignale (E₁ bis E_m),
eine zweite Torschaltung (24a) zum Ausgeben des logischen Produkts aus den Taktimpulsen (Φ_S) und dem Ausgangssignal der ersten Torschaltung (21),
einen Zähler (23), der die Ausgangsimpulse der zweiten Torschaltung (24a) zählt, und
mit dem Zähler (23) verbundene Verriegelungsschaltungen (22a bis 22m), deren Zahl der Gesamtzahl von Ereignissen E₁ bis E_m entspricht und von denen jeweils eine einem der Ereignisse zugeordnet ist und beim Auftreten dieses Ereignisses den jeweiligen Zählstand des Zählers (23) als Zählwert ausliest und speichert.

2. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktperiode der Taktimpulse (Φ_S) jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl (K) von Taktimpulsen von dem Anfangszustand ausgehend zunimmt, bis die erste Torschaltung (21) zum erstenmal ein Ausgangssignal abgibt.

3. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch:
eine erste Frequenzteil- und Umschalteinrichtung (81, 82, . . . 8N, 91, 92, . . . 9N), die in der Lage ist, das Frequenzteilverhältnis umzuschalten, um einen Quellentakt (Φ_a) einer Frequenzteilung zu unterwerden und die Taktimpulse (Φ_S) abzugeben,
eine zweite Frequenzteileinrichtung (27) zum Frequenzteilen des Ausgangs der ersten Frequenzteileinrichtung durch K,
eine vom Ausgangssignal (O_T) der zweiten Frequenzteileinrichtung (27) gesteuerte Schaltereinrichtung (26) zum Umschalten des Frequenzverhältnisses der ersten Frequenzteileinrichtung, und
eine Einrichtung (24b, 25), die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der ersten Torschaltung (21) verhindert, daß die Schalteinrichtung (26) das Frequenzteilverhältnis der ersten Frequenzteileinrichtung ändert.