SU1485387A1 - Устройство для измерения экстремумов временных интервалов - Google Patents

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения экстремаль2

ных значений временных интервалов в цифровых измерительных приборах и системах. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности за.счет упрощения. Устройство содержит регистры 1, 2, блоки 3, 4 индикации, блоки 5, 6 сравнения, счетчик 7, блок 8 синхронизации, блок 9 запуска, элементы И 10, 13, 14, генератор 11 тактовых импульсов, триггер 12. Выполнение элемента И 14 с открытым коллектором позволяет за счет уменьшения интервала квантования повысить точность измерения, что особенно важно при измерении минимальных значений временных интервалов, т.к. в этом с

случае погрешность квантования сказы- ® вается больше. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. Г

□

1485387 -А1

3

4

1485387

Изобретение относится к измери- ка 5 сравнения, .а выход подключен к

тельной технике и может быть использовано для измерения экстремальных значений временных интервалов в циф- $ ровых измерительных приборах и системах.

Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности за счет упрощения. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для измерения экстре-: · мумов временных интервалов содержит 15 первый 1 и второй 2 регистры, первый 3 и второй 4 блоки индикации, первый 5 и второй 6 блоки сравнения, счетчик 7, блок 8 синхронизаций, блок 9 запуска, первый элемент И 10, генера- 20 тор 11 тактовых импульсов, триггер 12 и второй элемент И 13, третий элемент И 14, который выполнен, как элемент И с открытым коллектором.

Устройство содержит первый I и . 25

второй 2 регистры, выходы которых подключены к входам соответственно . первого и второго блоков индикации и первым входам соответственно первого 5 и второго 6 блоков сравнения, ‘30 вторые входы которых соединены между собой и подключены к первым входам регистров 1 и 2 и к выходам счетчика !

7, первый вход которого соединен с первым входом блока 9 запуска, второй' 35 вход подключен к первому выходу блока 8 синхронизации,. а третий вход соединен с выходом первого элемента И 10, первый вход которого подключен к выходу генератора И таковых им- 49 пульсов и первому входу блока 8 синхронизации, а второй вход соединен с первым выходом триггера 12, второй выход.которого подключен к второму входу блока 8 синхронизации, первый _Л 45 вход соединен с первым входом блока 9 запуска и входом устройства, а второй вход подключен к второму выходу блока 8 синхронизации, третий вход которого соединен с вторым выходом блока 9 запуска, а третий выход подключен к второму входу блока 9 запуска и первому входу второго элемента И 13, второй вход которого соединен ,с выходом второго блока 6 сравнения, $$ первый вход элемента И 14 с открытым коллектором подключен к третьему выходу блока 8 синхронизации, второй

вход соединен с выходом первого бловторому входу первого регистра-1 и третьему выходу блока 9 запуска, третий вход которого соединен с первым выходом блока 8 синхронизации, а выход второго элемента И 13 подключен к второму входу второго регистра 2.

Блок 8 синхронизации содержит триггер 15, элемент И 16 и элемент ИЛИ 17. Первый вход триггера 15 подключен к первому входу блока 8 синхронизации и первому входу элемента И 16, второй вход соединен с вторым входом блока 8 синхронизации, третий вход подключен к выходу элемента ИЛИ 17 и второму выходу блока 8 синхронизации, первый выход соединен с третьим выходом блока 8 синхронизации, а второй выход подключен к второму входу элемента И 16, выход которого соединен с первым выходом блока 8 синхронизации и подключен к первому входу элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с третьим входом блока 8 синхронизации.

Блок 9 запуска содержит первый 18 и второй 19 триггеры, кнопку "Сброс" 20, элемент И 21 и с открытым коллектором и резистор 22. Первый выход первого триггера 18 подключен к первому выходу блока 9 запуска, второй выход соединен с вторым выходом блока. 9 запуска, первый вход подключен к первому входу блока 9 запуска, а второй вход соединен с кнопкой "Сброс" 20 и первым.входом второго триггера 19, второй вход которого подключен к третьему входу блока 9 запуска, а выход соединен с первым входом элемента И 21 с открытым коллектором, второй вход которого подключен к второму входу блока 9 запуска, а выход соединен с третьим выходом, блока 9 запуска и первым выводом резистора 22, второй вывод которого подключен к положительному выводу источника питания (не показан).

На фиг. 2. принятые следующие обозначения: а - импульс с выхода кнопки "Сброс" 20; {Г - измеряемая последовательность импульсов; В - выход генератора 11 тактовых импульсов;

Ί - Первый выход блока 9 запуска;

- выход триггера 19; б - первый

выход триггера 12; Ж - выход первого

элемента И 10; третий выход блока 8 синхронизации; И - первый выход

блока 8 синхронизации.

5 1485387

Устройство работает следующим образом „

В исходном состоянии после нажатия на кнопку "Сброс" 20 триггеры 18 и 19 блока 9 запуска устанавливаются в единичное состояние (фиг. 2,2,^). Уровень логической единицы с первого выхода триггера 18 поступает на первый вход счетчика 7 и тем самым за- -,θ прещает его работу. С второго ^инверсного) выхода триггера 18 уровень логического нуля через элемент ИЛИ 17 поступает на второй вход триггера 12, устанавливая его в единичное состоя- 15 ние (фиг. 2,е), и на третий вход триггера 15, устанавливая его в нулевое состояние (фиг. 2,г).

Единичный уровень сигнала с выхода триггера 12 поступает на элемент 20

И 10 и разрешает прохождение через него импульсов, имеющих форму меандра, с выхода тактового генератора 11 на третий вход счетчика 7 (фиг. 2,ж), который однако не переключается, по- 25 скольку удерживается в нулевом состоянии единичным уровнем сигнала на своем первом входе (фиг. 2,2·). На втором входе счетчика 7 в это время установлен уровень логической едини- 30 цы (фиг. 2,ц). Единичный уровень сигнала с выхода триггера 19 (фиг. 2,^) удерживает элемент И 21 с открытым коллектором в разблокированном состоянии.

КГ

При поступлении первого положительного фронта импульса измеряемого периода на вход устройства (фиг. 2,8") триггер 18 переключается в нулевое состояние (фиг. 2,2). При этом нуле- до вой уровень сигнала, поступающий на первый вход счетчика 7, разрешает, его работу и он начинает отсчет измеряемого периода с нуля. Счетчик 7 переключается по каждому положитель- 45 ному фронту импульсов тактового генератора 11, поступающих через элемент И 10 (фиг. 2,ж).

В этот же момент снимается нулевой уровень сигнала с второго входа д₀ триггера 12, разрешая его переключение в нулевое состояние. Однако по первому импульсу измеряемого периода триггер 12 не успевает переключиться в нулевое состояние, поскольку снятие 55 блокировки с второго входа триггера 12 происходит с некоторым опозданием относительно положительного фронта входного сигнала, вследствие естественной задержки распространения сигнала на время срабатывания триггера 18, элемента ИЛИ 17 и самого триггера 12.

Так как по первому импульсу измеряемого периода триггер 12 не переклю чается, то блок 8 синхронизации не запускается и импульсы сброса и строба соответственно на первом и третьем выходах блока 8 синхронизации не вырабатываются.

После, поступления второго положительного фронта импульса измеряемого периода (фиг. 2,£) триггер 12 переключается в нулевое состояние (фиг. 2,е) и тем самым запрещает прохождение очередного импульса с тактового генератора 11 через элемент И 10 (фиг. 2,ж) на счетный вход счетчика 7.

С приходом ближайшего положительного фронта импульса тактового генератора 11 триггер 15 переключается в единичное состояние, которое передается на третий выход блока 8 синхронизации, Нулевой уровень сигнала в этот момент с второго выхода триггера 15 воздействует на второй вход элемента И 16, который представляет собой схему совпадения для нулевых уровней логических сигналов. В момент перехода импульса тактового генератора 1 1 в нуль происходит совпадение нулевых уровней сигналов на входах элемента И 16, на выходе которого устанавливается уровень логического нуля, который проходит через элемент ИЛИ 17, и поступая на третий вход триггера 15, устанавливает его в нулевое состояние. Таким образом, после поступления второго положительного фронта импульса измеряемого периода блок 8 синхронизации обеспечивает выработку импульсов строба и сброса на своих соответственно третьем и первом выходах.

Первый блок 5 сравнения построен таким образом, что, если двоичное число в счетчике 7 меньше двоичного числа в первом регистре 1, то на выходе блока 5 сравнения устанавливается уровень логической единицы, в противном случае на выходе блока 5 сравнения будет уровень логического нуля. Второй блок 6 сравнения построен таким образом, что, если число в счетчике 7· больше числа, записанного во второй регистр 2, то на его выхо—

1 . 1485387 ' ⁸

дё устанавливается уровень логической единицы, в противном случае на выходе второго блока 6 сравнения будет уровень логического..нуля.

Импульс сброса, возникающий на третьем выходе блока 8 синхронизации в момент прихода второго положительного фронта импульса измеряемого периода, поступает на вход элемента ю И 21 с открытым коллектором, который в это время еще остается разблокированным уровнем логической единицы, поступающим с выхода триггера 19. Поэтому пройдя через него, импульс 15 строба поступает на стробирующий вход первого регистра 1 и заносит в него значение первого измеренного временного интервала, которое хранится в счетчике 7. Так как первоначально в 20 исходном состоянии в регистрах содержались все нули, то на. выходе второго блока 6 сравнения в первом цикле измерения всегда будет уровень логической единицы, потому что любое число 25 в счетчике 7 всегда больше, чем нуль. Поэтому в первом ццкле измерения импульс строба проходит через второй элемент И 13 на вход второго регистра 2 и заносит в него значение перво- 30 го измеренного временного интервала с выходов счетчика 7. Таким образом, результат первого цикла измерения оказывается записанным сразу в оба регистра. ^5

После импульса строба на первом выходе блока 8 синхронизации появляется импульс сброса, который устанавливает счетчик 7 в исходное состоя- 40 ние. Кроме'Того, импульс сброса, появляющийся после второго положительного импульса первого измеряемого периода, сбрасывает триггер 19 в нулевое состояние, что приводит к бло- 45 кировке элемента-И 21 с открытым коллектором и в дальнейшем прохождение импульсов строба на вход первого регистра 1 возможно только через элемент И 14 с открытым коллектором. Длительность импульса сброса определяется задержкой срабатывания элементов И 16, ИЛИ 17. и триггера 15 и должна выбираться с учетом быстродействия счетчика 7. При реализации указанной схемы на логических элементах серии К155 или К555 легко обеспечивается двухкратный запас по длительности по сравнению с требованиями технических условий на эти микросхемы, что гарантирует их надежную работу.'

Исходным состоянием счетчика 7 в каждом последующем цикле измерения считается установка всех его разрядов в нулевое состояние, кроме самого младшего, который устанавливается в единицу. Такая установка необходима для сохранения точности измерения, поскольку на выработку управляющих импульсов блоком 8 синхронизации тратится один такт работы генератора 11 тактовых импульсов. Так как при этом один импульс из импульсной последовательности исключается ^фиг. 2,ж)_; то это учитывается при установке счетчика 7 в исходное состояние добавлением единицы в младший разряд.

При поступлении следующего положительного фронта импульса измеряемого периода триггер 12 устанавлиг вается в нулевое состояние, запрещая прохождение очередного импульса тактового генератора 11 на счетный вход счетчика 7. Единичный уровень сигнала с второго выхода триггера 12 поступает на второй вход блока 8 синхронизации, который начинает выработку импульса строба на своем третьем выходе и импульса сброса на .своем первом выходе, как описано выше.

Импульс строба поступает на первые входы элемента И 14 с открытым коллектором и второго элемента И 13, куда также поступают сигналы' с выходов первого 5 и второго 6 блоков сравнения. В зависимости от результата срав нения текущего измеряемого периода со значением величин ранее записанных в регистрах может происходить перезапись содержимого счетчика 7 в один из регистров.

В случае, если текущий измеряемый период является минимальным или максимальным из измеренных ранее, то импульс строба проходит через элемент И 14 с открытым коллектором или второй элемент И 13 и поступает на стробирующий вход первого 1 или второго 2 регистра. При этом производится перезапись содержимого счетчика 7, т.е. величины текущего измеряемого периода, в соответствующий регистр.

После импульса строба следует импульс сброса, устанавливающий в ис- ¹ ходное состояние счетчик 7 и тригге ры 12 и 15.

9 1485387

] о

В дальнейшем процесс измерения текущих временных интервалов'повторяется, причем в каждом цикле измерения значение текущего временного интервала сравнивается с экстремальными значениями, хранящимися в первом 1 и втором 2 регистрах. Если текущий измеряемый период меньше минимального или больше максимального, то зна- ю чение текущего периода переписывается в один из регистров соответствующего экстремума, В противном случае содержимое регистров не меняется.

Точность измерения устройства за- 15 висит от величины интервала квантования, уменьшение которого или увеличение частоты генератора тактовых импульсов связано со следующим ограничением: увеличение точности измерения 20" за счет уменьшения интервала квантования может происходить до такой степени, когда устройство еще может успевать осуществлять в пределах одного такого интервала перезапись со- 25 держимого счетчика 7 в один из регистров и сбрасывать его в исходное состояние. На перезапись и сброс в устройствах отводится по половине длительности интервала тактовых им- 30 пульсов, причем сброс является менее критичным по быстродействию, поскольку осуществляется очень узким импульсом. Более критичным с этой точки зрения является перезапись информа- ₃₅ ции со счетчика 7 в регистры 1 и 2.

Но так как запись производится по положительному фронту импульса строба, то имеется возможность сокращения его длительности. ₄₀

Таким образом, время перезаписи информации пб сравнению с известным уменьшается на 20%, а это позволяет существенно уменьшить интервал квантования и тем самым повысить точность 45 измерения, что особенно важно при измерении минимальных значений временных интервалов, так как в этом случае погрешность квантования сказывается больше.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для измерения экстремумов временных интервалов, содер- 55 жащее первый и второй регистры, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго блоков индикации и первым входам соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены между собой и подключены к первым входам первого и второго регистров и к выходам счетчика, первый вход которого соединен с первым выходом блока запуска, второй вход подключен к первому выходу блока синхронизации, а третий вход соединен с выходом первого элемента К, первый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и первому входу блока синхронизации, а второй вход соединен с первым выходом триггера, второй выход которого подключен к второму входу блока синхронизации, первый вход соединен с первым входом блока запуска и входом устройства, а второй вход подключен к второму выходу блока синхронизации, третий вход которого соединен с вторым выходом блока запуска, а третий выход подключен к второму входу блока запуска, первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, и к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности, в качестве третьего элемента И использован элемент И с открытым коллектором, выход которого подключен к второму входу первого регистра и третьему выходу блока запуска, третий вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а выход второго элемента И подключен к второму входу второго регистра.
2. 2. Устройство по π. 1, о т л и ч’ающееся тем, что блок синхронизации содержит триггер, элемент И и элемент ИЛИ, причем первый вход триггера подключен к первому входу блока синхронизации и первому входу элемента И, второй вход соединен с вторым входом блока синхронизации, третий вход подключен к выходу элемента ИЛИ и второму выходу блока синхронизации, первьй выход триггера соединен с третьим выходом блока синхронизации, а второй выход подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока синхронизации и подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход

   1485387 ¹²

   которого соединен с третьим входом блока синхронизации.
3. 3. Устройство по π. 1, о т л и чающееся .. тем, что блок запуска содержит первый и второй триггеры, кнопку "Сброс", элемент И с открытым коллектором и резистор, причем первый выход первого триггера подключен к первому выходу блока запускало второй выход соединен с вторым выходом блока запуска, первый вход подключен к первому входу блока запуска, а второй вход соединен с кнопкой Сброс и первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к третьему входу блока запуска, а выход соединен с первым входом элемента И с открытым коллектором, второй вход которого подключен к второму входу блока запуска, а выход соединен с третьим выходом блока запуска и первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к положительному выводу источника питания.