Пристрій для цифрового вимірювання часових інтервалів

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и предназначено для измерения временных интервалов. Известно устройство для цифрового измерения временных интервалов, реализующее способ измерения временных интервалов (Авт. св. СССР №1260912, кл. G04F10/04, 1986, Бюл. №36), содержащее первый и второй генераторы ударного возбуждения, первый и второй счетчики импульсов, к счетным входам каждого из которых подключен выход соответствующего генератора ударного возбуждения, блок сравнения кодов, к входам которого подключены выходы первого и второго счетчиков импульсов, индикатор, входы которого соединены с выходами первого счетчика импульсов, шину "Старт", которая подключена к входу пуска первого генератора ударного возбуждения, шину "Стоп", которая соединена со пуска входом второго генератора ударного возбуждения, вход останова которого соединен с входом останова первого генератора ударного возбуждения и с выходом блока сравнения кодов, шину "Сброс", которая подключена к входам сброса первого и второго счетчиков импульсов. Данное устройство для цифрового измерения временных интервалов так же, как и заявляемое содержит два генератора два счетчика импульсов, блок сравнения кодов. Однако, отсутствие двух элементов И, элемента задержки, кодовой шины, шины установки и вторых выходных шин ведет к тому, что время измерения временного интервала велико, оно равно - tиз = Mx * T1, где T1 -период импульсов вспомогательной последовательности, tx длительность измеряемого временного интервала. Наиболее близким по технической сущности является устройство для цифрового измерения временных интервалов (Авт. св. СССР №1772780, кл. G04F10/04, 1992, Бюл. №40], содержащий первый и второй ждущие генераторы, первый и второй счетчики импульсов, к счетным входам каждого из которых подключен выход соответствующего ждущего генератора, блок сравнения кодов, к первым и вторым информационным входам которого подключены выходы первого и второго счетчиков импульсов, третий счетчик импульсов, триггер, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения кодов, выход которого соединен со входами останова ждущих генераторов, выход первого счетчика импульсов подключен к счетному входу третьего счетчика импульсов и к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, шину "Старт", которая подключена к входу пуска первого ждущего генератора, шину "Стоп", которая соединена со входом пуска второго ждущего генератора. Данное устройство для цифрового измерения временных интервалов так же, как и заявляемое, содержит два ждущих генераторов, три счетчика импульсов, блок сравнения кодов. Однако, отсутствие двух элементов И, элемент задержки, кодовой шины, шины установки и вторых выходных шин ведет к тому, что время измерения временного интервала велико, оно равно - tиз = Px * Nc * T1 + Nx * T1, где Nc - емкость счетчика импульсов основной последовательности, Px количество переносов из счетчика импульсов основной последовательности, Nx - число, записанное в счетчике импульсов основной последовательности в момент окончания измерения. При этом tx = Px * Nc * (T1 - T2) + Nx * (T1 - T2), учитывая, что T1 - T2 = T1 - T1 * (k - 1)/k k + 1)/k = T1/k, где k - коэффициент увеличения точности, получим tx = (Px * Nc + Nx) * (T1 - T2) = (Px * Nc + Nx) * T1/k, тогда Px * Nc * T1 + Nx * T1 = tx * k, и, следовательно, tиз = k * tx. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для цифрового измерения временных интервалов путем сокращения времени измерения временного интервала, что позволяет, с одной стороны, повысить надежность его функционирования, а, с другой, расширить область его использования, т.к. его можно будет использовать не только для измерения одиночных временных интервалов, но и для измерения последовательности временных интервалов, имеющих заданную скважность. Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для цифрового измерения временных интервалов, содержащее первый и второй ждущие генераторы импульсов, первый, второй и третий счетчики импульсов, блок сравнения кодов, выход которого подключен к первым входам останова первого и второго ждущих генераторов импульсов, шину "Старт", которая соединена с входом пуска первого ждущего генератора, импульсный выход которого подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, шину "Стоп", которая подключена к входу пуска второго ждущего генератора, импульсный выход которого соединен с счетным входом третьего счетчика импульсов, выходы которого подключены ко вторым информационным входам блока сравнения кодов, к первым информационным входам которого подключены выходы второго счетчика импульсов, первые выходные шины, которые соединены с выходами первого счетчика импульсов, введены первый и второй элементы И, элемент задержки, кодовая шина, шина установки и вторые выходные шины, к которым подключены выходы второго счетчика импульсов, шина установки подключена к вторым входам останова первого и второго ждущих генераторов импульсов и к входам записи информации первого и третьего счетчиков импульсов, информационные входы которых соединены между собой и с кодовой шиной, к счетному входу первого счетчика импульсов подключен выход первого элемента И, первый вход которого соединен с импульсным выходом первого ждущего генератора импульсов, к входу сброса второго счетчика импульсов подключен выход второго элемента И, первый вход которого соединен с сигнальным выходом первого ждущего генератора, сигнальный выход второго ждущего генератора подключен ко вторым входам первого и второго элементов И и к входу элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения кодов. Введение двух элементов И, элемента задержки, кодовой шины, шины установки и вторых выходных шин и новых связей позволяет производить отдельно измерение части временного интервала, равной целому числу периодов первого ждущего генератора, путем определения числа периодов, укладывающих в эту часть временного интервала, и отдельно измерение части временного интервала, меньшей периода первого ждущего генератора нониусным методом, и, таким образом, при сохранении высокой точности, присущей нониусному методу, сократить время измерения временного интервала. Так, исходя из сути нониусного метода измерения временных интервалов можно записать следующее неравенство: T1 * n > dt + T2 * n, где dt = tx - N * T1, при этом N - количество полных T1, укладывающихся в tx, n - результат измерения dt. T1 * n - T2 * n > dt; n * (T1 - T2) > dt; n > dt/(T1 T2), учитывая, что T1 - T2 = T1/k, получим n > k * dt/T1. При использовании предложенного устройства время измерения временного интервала - tиз = N * T1 + (n + 1) * T2 = N * T1 + (k * dt/T1 + 1) * T2 = N * T1 + ((k * dt + T1)/T1) * T1 * (k - 1)/k = N * T1 + (k * dt + T1) * (k - 1)/k = N * T1 + (k * dt + T1) * (1 - 1/k) = N * T1 + k * dt + T1 - dt - T1/k N * T1 + dt + k * dt - dt - dt - T1/k = tx + dt * (k - 2) T1/k. В предельном случае, т.е. тогда, когда dt - T1, tиз = tx + T1 * (k - 2) - T1/k, отбросив T1/k ввиду малости по сравнению с другими слагаемыми, получим, что tиз = tx + T1 * (k - 2). Таким образом, при длительности временного интервала, большей T1, время измерения у прототипа равно длительности временного интервала, увеличенной на величину tx * (k -1), а у предлагаемого устройства - равно длительности временного интервала, увеличенной на величину T1 * (k - 2). Кроме того, т.к. величина T1 * (k - 2) является постоянной и не зависит от длительности измеряемого временного интервала, то заявляемое устройство может измерять длительность не только одиночных временных интервалов, но и длительности временных интервалов при их непрерывном следовании, если после каждого интервала установлена пауза, превосходящая величину T1 * (k-2). На чертеже (фиг.) приведена функциональная схема предлагаемого устройства для цифрового измерения временных интервалов. Устройство для цифрового измерения цифровых интервалов содержит первый 1 и второй 2 ждущие генераторы импульсов, первый 3 и второй 4 элементы И, элемент задержки 5, вход которого соединен с сигнальным выходом второго ждущего генератора импульсов 2 и со вторыми входами первого 3 и второго 4 элементов И, первый 6, второй 7 и третий 8 счетчики импульсов, к входу сброса второго счетчика импульсов 8 подключен выход второго элемента И 4, первый вход которого соединен с сигнальным выходом первого ждущего генератора импульсов 1, импульсный выход которого подключен к счетному входу второго счетчика импульсов 7 и к первому входу первого элемента И 3, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика импульсов 8, блок сравнения кодов 9, ко вторым информационным входам которого подключены выходы третьего счетчика импульсов 7, а к управляющему входу - выход элемента задержки 5, кодовую шину 10, которая подключена к информационным входам первого 6 и третьего 8 счетчиков импульсов, шину 11 "Старт", которая подключена к входу пуска первого ждущего генератора импульсов 1, первый вход останова которого соединен с первым входом останова второго ждущего генератора импульсов 2 и с выходом блока сравнения кодов 9, шину 12 "Стоп", которая подключена к входу пуска второго ждущего генератора импульсов 2, выход которого соединен с счетным входом третьего счетчика импульсов 8, шину 13 установки, которая подключена ко вторым входам останова первого 1 и второго 2 ждущих генераторов импульсов и к входам записи информации первого 6 и третьего 8 счетчиков импульсов, первые выходные шины 14, которые соединены с выходами первого счетчика импульсов 8, вторые выходные шины 15, которые соединены с выходами второго счетчика импульсов 7 и с первыми информационными входами блока сравнения кодов 9. Первый ждущий генератор импульсов 1 содержит триггер 16, S-вход которого соединен с входом пуска первого ждущего генератора импульсов 1, первый вход останова которого подключен к R-входу триггера 16, а второй вход останова - к C-входу триггера 16, управляемый генератор импульсов 17, вход которого соединен с единичным выходом триггера 16 и с сигнальным выходом первого ждущего генератора импульсов 1, к импульсному входу которого подключен выход управляемого генератора импульсов 17, шину нулевого сигнала 18, которая соединена с Dвходом триггера 16. Второй ждущий генератор импульсов 2 содержит триггер 19, S-вход которого соединен с входом пуска второго ждущего генератора импульсов 2, первый вход останова которого подключен к R-входу триггера 19, а второй вход останова - к C-входу триггера 19, D-вход которого соединен с шиной нулевого сигнала 18, управляемый генератор импульсов 20, вход которого соединен с единичным выходом триггера 19, нулевой выход которого соединен с сигнальным выходом второго ждущего генератора импульсов 2, к импульсному входу которого подключен выход управляемого генератора импульсов 20. На кодовую шину 10 подается двоичный код 111-1, число разрядов которого равно большему из чисел разрядов счетчиков импульсов 6 и 8. На шины 11 "Старт" и 12 "Стоп" подаются импульсы начала и окончания измеряемого временного интервала соответственно. На шину 13 подается импульс перед началом измерения временного интервала. На выходные шины 14 выдается код целой части измеряемого временного интервала. На выходные шины 15 выдается результат измерения части временного интервала, меньшей периода импульсов первой последовательности. Время задержки элемента 5 выбирается большим на 10 - 15%, чем суммарное время срабатывания генератора 19 и время установки счетчика импульсов 8 в нулевое положение. Устройство для цифрового измерения временных интервалов работает следующим образом. При включении питания и перед началом каждого измерения временного интервала на шину установки 13. подается импульс, записывающий в счетчики импульсов 6 и 8 единичный код и выключающий ждущие генераторы импульсов 1 и 2, поэтому на их импульсные выходы не выдаются импульсы, на сигнальном выходе первого ждущего генератора импульсов 1 находится нулевой сигнал, а на сигнальном выходе второго ждущего генератора импульсов 2 находится единичный сигнал, который, поступая через элемент задержки 5 в виде нулевого сигнала на управляющий вход блока сравнения кодов 9, запрещает его работу, поэтому на выходе блока сравнения кодов 9 находится нулевой сигнал. При поступлении импульсов на шину 11 "Старт" запускается первый ждущий генератор импульсов 1 и появляется единичный сигнал на его сигнальном выходе. Т.к. на вторых входах элемента И 3 и элемента И 4 находится единичный сигнал, то импульсы с импульсного выхода первого ждущего генератора 1 начинают поступать через элемент И 3 на счетный вход счетчика импульсов 6 идет измерение целой части временного интервала. Одновременно срабатывает элемент И 4 и сигнал с его выхода устанавливает в нулевое положение счетчик импульсов 7 и удерживает его в этом положении. Первый импульс, поступивший на счетный вход счетчика импульсов 6, устанавливает его в нулевое положение, а последующие импульсы фиксируют число периодов импульсов первой последовательности, поступивших в течение действия измеряемого временного интервала. При поступлении импульса на шину 12 "Стоп" запускается второй ждущий генератор импульсов 2 и на его сигнальном выходе появляется сигнал, закрывающий элемент И 3 и И 4, кроме того, разрешается работа счетчика импульсов 7, т.к. на его входе сброса появился нулевой сигнал, Через время задержки на выходе элемента задержки 5 появляется единичный сигнал и разрешается работа блока сравнения кодов 9. Первый импульс с импульсного выхода ждущего генератора 2 устанавливает счетчик импульсов 8 в нулевое положение. Далее импульсы с импульсных выходов ждущих генераторов импульсов 1 и 2 поступают на счетные входы соответственно второго 7 и третьего 8 счетчиков импульсов. В момент, когда код, записанный в счетчике импульсов 8, превысит значение кода, записанного в счетчике, на выходе блока сравнения кодов 9 появляется сигнал, останавливающий работу ждущих генераторов импульсов 1 и 2. Результат измерения определяется по формуле tx = H * T1 + n * (T1 - T2).