Измерение одного интервала за рабочий цикл

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Время-цифровой преобразователь

Цель работы – изучение принципов построения измерителей временных интервалов методом прямого кодирования.

Настоящая работа посвящена изучению время-цифровых преобразователей (ВЦП) – измерителей временных интервалов, преобразующих измеряемый интервал непосредственно в цифровой код (метод прямого кодирования).

Принцип построения ВЦП зависит от физической задачи, для решения которой он предназначен. Несмотря на разнообразие физических задач, решаемых методами временного анализа, с методической точки зрения их можно разделить на две группы: 1) задачи, в которых измеряется интервал времени между двумя событиями; 2) задачи, в которых измеряются интервалы времени между началом отсчета и несколькими событиями.

В обеих задачах стартовые сигналы могут быть распределены во времени периодически и статистически. При периодическом следовании стартовых сигналов период между ними носит название “рабочего цикла”.

При измерении интервала времени между двумя событиями одно из событий принимается за начало отсчета, а электрический сигнал, соответствующий ему по времени, называют стартовым сигналом или просто "Старт". Электрический сигнал, соответствующий по времени второму событию, называют стоп-сигналом или просто "Стоп". Таким образом, задача сводится к измерению интервалов времени между стартовым сигналом и связанным с ним стоп-сигналом.

Примером применения такого ВЦП может служить измерение скорости частицы по времени пролета между двумя детекторами.

Основа метода прямого кодирования заключается в сравнении измеряемого интервала с временным эталоном – периодом генератора импульсов опорной частоты. Структурная схема ВЦП и временные диаграммы приведены на рис. 1. В исходном состоянии все триггеры устройства находятся в состоянии “0”, генератор опорной частоты не работает. С приходом импульса "Старт" на вход Sтриггера управления T₁ триггер переходит в состояние "1" и запускает генератор, сигналы с генератора поступают на счетчик из последовательно соединенных триггеров Т₂, T₃,..., T_n. По окончании измеряемого временного интервала с приходом импульса "Стоп" на вход R триггера Т₁ триггер возвращается в состояние "0". На генератор с триггера Т₁ поступает запрещающий потенциал и генерация сигналов опорной частоты прекращается. Двоичный счетчик остается в состоянии, соответствующем числу импульсов (коду), поступивших на его вход за время, равное длительности измеренного временного интервала. Зная по состоянию ("0" или "1") триггеров счетчика число импульсов N, записанных в счетчике, и учитывая период следования импульсов опорной частоты T_ген, можно определить длительность измеренного временного интервала t = T_ген · N.

В том случае, если после прихода импульса "Старт" за время длительности рабочего цикла не появится ни одного импульса "Стоп", управляющий триггер T₁ возвратится в исходное состояние сигналом с триггера Т_n после переполнении счетчика, т.е. в момент возвращения всего счетчика в исходное нулевое состояние. Абсолютная ошибка в измерении интервала времени не превышает T_ген. Таким образом, временные интервалы, отличающиеся по длительности менее чем на величину T_ген, будут считаться равными.

а

б

Рис. 1. Функциональная схема (а) и временные диаграммы (б) время-цифрового преобразователя прямого кодирования

Значение T_ген, не может быть бесконечно малым, оно ограничивается возможностью построения высокочастотного генератора и быстродействием триггеров двоичного счетчика.

Дата добавления: 2015-05-10