專利名稱：可鑒別測量結(jié)果是否在要求范圍內(nèi)的時間測量方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時間測量系統(tǒng)和一種時間測量方法。
下面首先參照附圖9和10介紹現(xiàn)有技術(shù)中這種類型的時間測量系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中的時間測量系統(tǒng)包括一個高速計(jì)數(shù)器部分1、一個加法器部分2和一個數(shù)據(jù)生成部分3，其中高速計(jì)數(shù)器部分1總計(jì)響應(yīng)在給出一個測量開始信號與給出一個測量停止信號之間的一個時鐘信號而得到的計(jì)數(shù)值，以產(chǎn)生表示該計(jì)數(shù)值的一個計(jì)數(shù)器輸出信號，加法器部分2與高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于對利用時鐘信號和計(jì)數(shù)器輸出信號表示的計(jì)數(shù)值進(jìn)動加法運(yùn)算，產(chǎn)生計(jì)數(shù)值的總和值，數(shù)據(jù)生成部分3與加法器部分和高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于響應(yīng)利用計(jì)數(shù)器輸出信號獲得的總和值產(chǎn)生一個分辨數(shù)據(jù)。
為了實(shí)現(xiàn)比半導(dǎo)體芯片的極限處理速度更快(所用時間更短)的脈沖處理功能，高頻脈沖發(fā)生器1具有如

圖11所示的結(jié)構(gòu)。但是，存在一個缺陷，就是計(jì)數(shù)值偏差至少為±1。其原因是在雙穩(wěn)態(tài)電路的輸入時刻如果發(fā)生輸入信號紊亂的情況，輸出信號會變得不穩(wěn)定，無法獲知輸出信號電平在一段時間之后是否穩(wěn)定在高電平或低電平。
為了克服這個缺陷，利用總和值進(jìn)行平均化處理，由此修正計(jì)數(shù)值的偏差。
具體地說，相對于在高頻脈沖發(fā)生器9中的延遲緩存器105的不同級獲得的n個信號，在n個級(流水線處理)用m位計(jì)數(shù)器10(m≥4)獲得平均計(jì)數(shù)值(∑/n)的整數(shù)部分，在n個級(流水線處理)用一位計(jì)數(shù)器11獲得該平均計(jì)數(shù)值的小數(shù)部分。由于每個一位計(jì)數(shù)器11缺少有關(guān)從第一位到第二位的進(jìn)位信息，所以如圖12所示，設(shè)置了一個第一校正電路108，用于對一位計(jì)數(shù)器11的1和0一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正，和在該一位計(jì)數(shù)器11的一位計(jì)數(shù)值從1變化到0時輸出有關(guān)進(jìn)位的信息。
但是，利用一位計(jì)數(shù)器獲取小數(shù)部分使時間測量精度產(chǎn)生誤差。產(chǎn)生誤差的原因是由于成串聯(lián)關(guān)系的一位計(jì)數(shù)器分別是單獨(dú)的電路，假定系統(tǒng)時鐘的分辨數(shù)值為n，則n個一位計(jì)數(shù)器中的每一個都可能取三種計(jì)數(shù)值，即Q、Q+1、或Q+2。一位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值只能是0或1。為了消除時間測量精度誤差，如圖12所示設(shè)置一個第二校正電路109。
第二校正電路109包括一個選擇器110，其用于從n個流水線排列的一位計(jì)數(shù)器11的一位計(jì)數(shù)值中選擇一組需要的計(jì)數(shù)值，一個D-EF111，其用于鎖存從選擇器110輸出的一個信號，一個符合電路112，其用于將D-FF111的一個輸出值和通過使經(jīng)過該符合電路112和一個D-FF113的D-FF111的輸出值增量獲得的一個值進(jìn)行比較，該D-FF113用于鎖存符合電路112的一個輸出值，一個零檢測電路114，其用于根據(jù)該D-FF113的一個輸出值和一個加法器2的一個選擇器部分14經(jīng)由第一校正電路108的一個輸出值進(jìn)行零檢測，和一個選擇器15，其用于選擇零檢測電路114的一個輸出值和加法器部分2的選擇器部分14中的m位計(jì)數(shù)器10的較低兩位的一個計(jì)數(shù)值，利用一個控制信號使得加法器部分2的運(yùn)算在m位側(cè)與一位側(cè)之間轉(zhuǎn)換進(jìn)行。通過將選擇器15的一個輸出值輸入加法器部分2，就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)值Q+2的運(yùn)算。
接著，進(jìn)行選擇以求出m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值的總和，和一個位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值的總和。一個比較器118將在MPU102獲得的分辨數(shù)值n與如圖13所示的一個運(yùn)算次數(shù)控制電路116的一個x位計(jì)數(shù)器117中得到的相加次數(shù)值進(jìn)行比較。從該比較器118得到的比較結(jié)果由一個D-FF119鎖存，從而控制一位計(jì)數(shù)器11的相加次數(shù)。
m位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值的相加次數(shù)值預(yù)先設(shè)定為所用m位計(jì)數(shù)器10的數(shù)值。選擇器部分14選擇m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的一個相加次數(shù)控制信號，以控制相加次數(shù)。
從選擇器部分14輸出的m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值通過一個D-F15、一個ADD16、一個D-F17和一個D-FF18相加，從而獲得該m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值的總和。所獲得的總和值存儲在寄存器19中。存儲在寄存器19中的數(shù)據(jù)在MPU20的讀/寫時間被讀出并寫入MPU20中。
在MPU20中，m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值的總用由所用m位計(jì)數(shù)器10的個數(shù)相除。另一方面，相對于一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值，MPU20根據(jù)一位計(jì)數(shù)器12的個數(shù)n(使用m位計(jì)數(shù)器10的LSB，并且使用一位計(jì)數(shù)器11)和寄存器19的計(jì)數(shù)值中低的或高的連續(xù)計(jì)數(shù)值的數(shù)值求出在一個時鐘f周期的分辨數(shù)值，以控制MPU20的讀/寫時間和n個一位計(jì)數(shù)器12，并且控制在加法器部分2中的相加次數(shù)最高為n。
用于圖11所示高頻脈沖發(fā)生器9中的每一個延遲緩沖寄存器105都會隨著源電壓和溫度的變化而發(fā)生延遲時間的偏移，因此分辨數(shù)值n也隨之而變?？紤]到這一點(diǎn)，MPU20將m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值的總和和一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值的總和用分辨數(shù)值n相除，以分別獲得其平均值。
流水線排列的m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值和流水線排列的一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值在一個時鐘周期φ內(nèi)的偏移分別不大于+1或+2。因此，一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值變?yōu)楫?dāng)圖11所示高頻脈沖發(fā)生器9中的延遲緩沖寄存器的級數(shù)最小時的一位計(jì)數(shù)器11的一個計(jì)數(shù)值，a+1計(jì)數(shù)值或a+2計(jì)數(shù)值。包括小數(shù)點(diǎn)以下部分的計(jì)數(shù)值變?yōu)橐粋€LSB的一個計(jì)數(shù)值或較低兩位的一個值，后者在圖12所第二校正電路109中進(jìn)行+2校正。
求出如此獲得的小數(shù)部分的平均值，將整數(shù)部分的平均值與小數(shù)部分的平均值相加，以得出平均值之和，將這個和值乘以時鐘周期φ得到一個測量時間。
如圖10和14所示，響應(yīng)所測量信號的輸入，高頻脈沖發(fā)生器9產(chǎn)生起動信號EN1至n，這些信號根據(jù)給定的開始命令和給定的停止命令STOP1至STOPn，控制m位計(jì)數(shù)器10、一位計(jì)數(shù)器11和一位計(jì)器12的計(jì)數(shù)操作的開始和停止。對于n-分辨系統(tǒng)時鐘φ，給定的停止命令STOP1至STOPn具有n倍延遲時間。
由給定的停止命令STOP1至STOPn產(chǎn)生的起動信號EN1至n由高頻脈沖發(fā)生器9分成兩類數(shù)值，即低電平和高電平，以控制m位計(jì)數(shù)器10、一位計(jì)數(shù)器11和一位計(jì)數(shù)器12的計(jì)數(shù)操作的開始和停止，從而使m位計(jì)數(shù)器10取得兩類計(jì)數(shù)值，即Q或Q+1，一位計(jì)數(shù)器93取得三類計(jì)數(shù)值，即Q、Q+1或Q+2，一位計(jì)數(shù)器12取得兩類計(jì)數(shù)值，即0或1。
在MPU20中，將m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值Q和Q+1和一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值Q、Q+1和Q+2的總和用由一位計(jì)數(shù)器12的計(jì)數(shù)值中的連續(xù)值0或1的數(shù)目得到的分辨數(shù)值n相除，以便求得一個平均計(jì)數(shù)值，并將所得的平均計(jì)數(shù)值乘以系統(tǒng)時鐘周期，從而能夠以短于系統(tǒng)時鐘的時間精度進(jìn)行測量。
如圖10、12和15所示，由于最高至分辨數(shù)值n的一位計(jì)數(shù)器12取得三類計(jì)數(shù)值Q、Q+1和Q+2，所以通過將在圖15所示的一位計(jì)數(shù)值在圖12所示的第二校正電路109中進(jìn)行+2校正，并將它們輸出，就有可能利用一位結(jié)構(gòu)的小數(shù)部分計(jì)數(shù)器以短于系統(tǒng)時鐘的時間精度進(jìn)行測量。圖16A和圖16B為表示圖10所示時間測量系統(tǒng)操作的流程圖。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，由于在許多級中使用了延遲緩沖寄存器，以求得計(jì)算短于系統(tǒng)時鐘周期時間的計(jì)數(shù)值(下文中還稱之為“小數(shù)部分”)，所以時間測量的精度由每一級延遲緩沖寄存器的延遲時間決定。另一方面，延遲緩沖寄存器的延遲時間由于環(huán)境，諸如溫度或電壓引起的變化而產(chǎn)生幾倍的偏移。因此，為了獲得所需的時間測量精度，就工作溫度和工作電壓范圍而言延遲緩沖寄存器延遲時間的偏移依賴于設(shè)計(jì)。但是，因?yàn)闇y量精度不是在實(shí)際使用過程中測量的，所以在達(dá)不到所需時間測量精度的情況下無法進(jìn)行控制。因此，在時間測量系統(tǒng)中或在使用時間測量系統(tǒng)的擴(kuò)展系統(tǒng)中，即使沒有達(dá)到所需的時間測量精度，在擴(kuò)展系統(tǒng)的情況下，該時間測量系統(tǒng)也只能將測量結(jié)果輸出到外圍系統(tǒng)。
所以，測量結(jié)果有可能并不在所需測量精度范圍內(nèi)，此外，可能無法鑒別測量結(jié)果是否在所需測量精度范圍內(nèi)。
故而，本發(fā)明的一個目的是提供一種時間測量系統(tǒng)和方法，這種系統(tǒng)和方法能夠鑒別測量結(jié)果是否處于所需測量精度范圍內(nèi)。
通過以下的描述可以清楚地了解本發(fā)明的其它目的。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種時間測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個高速計(jì)數(shù)器部分，其用于響應(yīng)在輸入測量起始信號和測量停止信號之間的一個時鐘信號總計(jì)計(jì)數(shù)值，以產(chǎn)生表示所說計(jì)數(shù)值的一個計(jì)數(shù)器輸出信號；一個加法器部分，其與所說的高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于利用所說時鐘信號和所說計(jì)數(shù)器輸出信號將所說計(jì)數(shù)值進(jìn)行相加運(yùn)算，以產(chǎn)生所說計(jì)數(shù)值的總和；一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分，其與所說加法器部分和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于利用所說計(jì)數(shù)器輸出信號響應(yīng)所說的總和值產(chǎn)生一個分辨數(shù)據(jù)；和一個信號發(fā)生部分，其與所說數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分、所說加法器部分、和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，接收測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號和一個初始停止信號，以利用所說測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號、所說初始停止信號、所說分辨數(shù)據(jù)、所說總和值、和所說時鐘信號發(fā)生所說的測量起始信號和所說的測量停止信號，并將所說測量起始信號和所說測量停止信號輸入到所說高速計(jì)數(shù)器中。
根據(jù)本發(fā)明，還提供利用一種時間測量系統(tǒng)的一種時間測量方法，該方法包括以下步驟第一步驟，初始化所說時間測量系統(tǒng)；第二步驟，根據(jù)相對于測量基準(zhǔn)值進(jìn)行的實(shí)際值測量結(jié)果起動一種分辨數(shù)值測量模式；第三步驟，設(shè)定測量基準(zhǔn)值并相應(yīng)于該測量基準(zhǔn)值產(chǎn)生一個測量目標(biāo)信號；第四步驟，根據(jù)在所說第三步驟接收到測量目標(biāo)信號，響應(yīng)一個給定的起始命令開始計(jì)數(shù)；第五步驟，響應(yīng)一個給定的停止命令停止計(jì)數(shù)；第六步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后開始將給定整數(shù)部分的計(jì)數(shù)值相加；第七步驟，通過給定次數(shù)的相加求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值總和，并停止相加運(yùn)算；第八步驟，在第七步驟停止相加之后將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和用給定的相加次數(shù)值相除以求出第一平均值；第九步驟，校正第一平均值以獲得第一校正平均值；第十步驟，保存第一校正平均值；第十一步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后，根據(jù)對小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)位的鑒別結(jié)果，相對于這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正；第十二步驟，根據(jù)對小數(shù)部分相等的連續(xù)的計(jì)數(shù)值的鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正；第十三步驟，開始將小數(shù)部分相加；第十四步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后，測量分辨數(shù)值；第十五步驟，保存所測得的分辨數(shù)值；第十六步驟，在第十五步驟保存分辨數(shù)值之后，將相應(yīng)的計(jì)數(shù)值相加對應(yīng)于該分辨數(shù)值的給定次數(shù)，以求得小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和；第十七步驟，停止小數(shù)部分的相加運(yùn)算；第十八步驟，在第十七步驟停止相加之后，將小數(shù)部分總和值用分辨數(shù)值相除以獲得第二平均值；第十九步驟，校正第二平均值以求得第二校正平均值；第二十步驟，保存第二校正平均值；第二十一步驟，將在第十步驟保存的第一校正平均值與在第二十步驟保存的第二校正平均值相加，以獲得第三平均值；第二十二步驟，將在第三步驟設(shè)定的測量基準(zhǔn)值和在第二十一步驟獲得的第三平均值進(jìn)行比較，以判斷該測量基準(zhǔn)值與該第三平均值之間的差值是否在給定的測量精度范圍內(nèi)；第二十三步驟，如果在第二十二步驟的判斷結(jié)果是否定的，則對第二十二步驟的比較次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以判斷第二十二步驟的比較次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到給定的次數(shù)；第二十四步驟，如果在第二十三步驟的判斷結(jié)果是肯定的，則停止該系統(tǒng)工作；第二十五步驟，如果在第二十二步驟的判斷結(jié)果是肯定的，則初始化計(jì)數(shù)器部分；第二十六步驟，響應(yīng)待測量的一個信號的輸入，開始測量實(shí)際值的一種模式；第二十七步驟，響應(yīng)給定的開始命令開始計(jì)數(shù)操作；第二十八步驟，響應(yīng)給定的停止命令，停止計(jì)數(shù)；第二十九步驟，在第二十八步驟停止計(jì)數(shù)之后，開始將給定整數(shù)部分計(jì)數(shù)值相加；第三十步驟，經(jīng)過給定次數(shù)的相加運(yùn)算求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和，并停止相加運(yùn)算；第三十一步驟，在第三十步驟停止相加運(yùn)算之后，將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值總和值用給定的相加次數(shù)相除以求得第四平均值；第三十二步驟，校正該第四平均值以獲得第三校正平均值；第三十三步驟，保存第三校正平均值；第三十四步驟，在第二十八步驟停止計(jì)數(shù)之后，根據(jù)小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)位的鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正；第三十五步驟，根據(jù)對連續(xù)的等值小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正；第三十六步驟，開始將這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值相加；第三十七步驟，將相應(yīng)于在第十五步驟保存的分辨數(shù)值的計(jì)數(shù)值相加對應(yīng)于該分辨數(shù)值的給定次數(shù)，以獲得小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和；第三十八步驟，停止小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的相加運(yùn)算；第三十九步驟，在第三十八步驟停止相加運(yùn)算之后，將小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和用分辨數(shù)值相除以獲得第五平均值；第四十步驟，校正第五平均值以獲得第四校正平均值；第四十一步驟，保存該第四校正平均值；第四十二步驟，將在第三十三步驟保存的第三校正平均值與在第四十一步驟保存的第四校正平均值相加，求得第六平均值，和第四十三步驟，通過將第六平均值與系統(tǒng)時鐘脈沖周期相乘獲得測量時間。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的一個時間測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一電路示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的如圖1所示時間測量系統(tǒng)的一個實(shí)例；圖3為一電路示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個測量基準(zhǔn)值控制部分的一個實(shí)例；圖4為一電路示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個測量信號發(fā)生器的一個實(shí)例；圖5為一電路示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個基準(zhǔn)值設(shè)定部分的一個實(shí)例；圖6為圖5所示電路的工作圖7為一電路示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個比較器部分的一個實(shí)例；圖8A為一流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的工作過程；圖8B為一流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的工作過程；圖8C為一流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的工作過程；圖8D為一流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的工作過程；圖9為現(xiàn)有技術(shù)中時間測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為現(xiàn)有技術(shù)中時間測量系統(tǒng)的電路示意圖；圖11為現(xiàn)有技術(shù)中用于分辨一個時鐘周期的電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為現(xiàn)有技術(shù)中第一和第二校正電路的電路示意圖；圖13為現(xiàn)有技術(shù)中相加次數(shù)控制電路的電路示意圖；圖14為圖10所示時間測量系統(tǒng)的工作圖；圖15為對應(yīng)于圖10和11的真值表；圖16A為一流程圖，表示現(xiàn)有技術(shù)中時間測量系統(tǒng)的工作過程；圖16B為一流程圖，表示現(xiàn)有技術(shù)中時間測量系統(tǒng)的工作過程；現(xiàn)在參照附圖介紹本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的一個時間測量系統(tǒng)包括一個高速計(jì)數(shù)器部分1，其由一個測量開始信號和一個測量停止信號控制；一個加法器部分2，其利用高速計(jì)數(shù)器部分1中所用的時鐘信號和高速計(jì)數(shù)器部分1的輸出信號，以輸出時鐘信號計(jì)數(shù)值的總和；一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分，或控制部分3，其根據(jù)由加法器2部分得到的總和值求得分辨數(shù)據(jù)，并將求得的數(shù)據(jù)輸出；和一個信號發(fā)生部分，或測量基準(zhǔn)值控制部分4，其相對于預(yù)設(shè)時間產(chǎn)生一個測量開始信號和一個測量停止信號，利用從控制部分3輸出的分辨數(shù)據(jù)輸出該預(yù)設(shè)時間的測量基準(zhǔn)值與由加法器部分2得到的總和值之間的差值，以控制測量開始信號的傳送，并選擇從時間測量系統(tǒng)外部輸入的一個測量停止信號或者相對于前述預(yù)設(shè)時間的測量停止信號，以將該信號輸出到高速計(jì)數(shù)器部分1。
該時間測量系統(tǒng)具有這樣的功能，即比較或求得在測量基準(zhǔn)值控制部分4中每次測量產(chǎn)生的測量基準(zhǔn)值與利用加法器部分2所得的總和值和控制部分3所得的分辨數(shù)據(jù)求得的從測量開始至測量停止的一個值獲得的一個測量時間值之間的差值，以判斷是否滿足該時間測量系統(tǒng)所需的測量精度，并且相對于從時間測量系統(tǒng)外部輸入的測量停止信號進(jìn)行測量或者相對于前述的預(yù)設(shè)時間進(jìn)行測量，以比較或獲得相對于前述測量基準(zhǔn)值的差值，從而判斷是否滿足時間測量系統(tǒng)所需的測量精度，或者使該時間測量系統(tǒng)停止工作，以便報警。
現(xiàn)在，參照圖8A至圖8D介紹根據(jù)這個實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的工作過程。在步驟42初始化時間測量系統(tǒng)。在步驟43起動一種測量分辨數(shù)值n1的模式，即相對于該測量基準(zhǔn)值測量實(shí)際值。在步驟44設(shè)定測量基準(zhǔn)值，并相對于該測量基準(zhǔn)值產(chǎn)生一個測量目標(biāo)信號。在步驟45響應(yīng)一個給定的開始命令，相對于在步驟44所得的測量目標(biāo)信號開始計(jì)數(shù)。在步驟46響應(yīng)一個給定的停止命令停止計(jì)數(shù)。在步驟46停止計(jì)數(shù)之后，在步驟47開始將給定整數(shù)部分的計(jì)數(shù)值相加。在步驟49通過預(yù)定次數(shù)(n2)的相加運(yùn)算求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值1至n2的總和∑1，并停止加和運(yùn)算。
然后，在步驟50進(jìn)行平均運(yùn)算，即，將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑1用上述的相加次數(shù)(n2)相除以求得一個平均值H1。接著，在步驟51通過略去H1的小數(shù)部分校正平均值H1，從而獲得一個整數(shù)部分h1。然后，在步驟52保存在步驟51獲得的整數(shù)部分h1。接著，在步驟54鑒別小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的進(jìn)位，并對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正。然后，在步驟55鑒別小數(shù)部分連續(xù)的等值計(jì)數(shù)值，并對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正。其后，在步驟56開始將小數(shù)部分相加。在步驟46停止計(jì)數(shù)之后，在步驟48測量分辨數(shù)值n1。然后，在步驟53保存測得的分辨數(shù)值n1。
在步驟53保存分辨數(shù)值n1之后，在步驟57將相應(yīng)的計(jì)數(shù)值相加與分辨數(shù)值n1對應(yīng)的給定次數(shù)，從而求出小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑2。然后，在步驟58停止相加運(yùn)算。接著，在步驟59執(zhí)行平均運(yùn)算，即，將小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑2用上述的分辨數(shù)值n1相除求得一個平均值H2。然后，在步驟60通過刪除H2的整數(shù)部分校正平均值H2，以求得小數(shù)部分h2。接著，在步驟61保存在步驟61獲得的小數(shù)部分h2。之后，在步驟62將在步驟52保存的h1與在步驟61保存的h2相加以求得計(jì)數(shù)值的平均值H。接著，在步驟63將在步驟44設(shè)定的測量基準(zhǔn)值S與在步驟62獲得的平均值H進(jìn)行比較，判斷S與H之間的差值是否在±給定測量精度范圍內(nèi)[S-H≥±MA(測量精度)]。
如果在步驟63中判斷結(jié)果為否定，則在步驟64對在步驟63的比較次數(shù)K進(jìn)行計(jì)數(shù)，并判斷K是否達(dá)到給定次數(shù)(GNT)。如果在步驟64的判斷結(jié)果為肯定，則在步驟65停止系統(tǒng)工作。另一方面，如果在步驟63中判斷結(jié)果為肯定，則在步驟66初始化計(jì)數(shù)器都分。然后，在步驟67響應(yīng)待測量的信號的輸入開始測量實(shí)際值的一種模式。其后，在步驟68響應(yīng)一個給定的開始命令開始計(jì)數(shù)，在步驟69響應(yīng)一個給定的停止命令停止計(jì)數(shù)。在步驟69停止計(jì)之后，在步驟70開始將給定整數(shù)部分的計(jì)數(shù)值相加。在步驟71通過預(yù)定次數(shù)(n2)的相加運(yùn)算求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值1至n2的總和∑1，并停止相加運(yùn)算。
然后，在步驟72進(jìn)行平均運(yùn)算，即，將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑1用上述相加次數(shù)(n2)相除求得一個平均值H1。接著，在步驟73通過略去H1的小數(shù)部分校正該平均值H1，以獲得整數(shù)部分h1。然后，在步驟74保存在步驟73獲得的整數(shù)部分h1。其后，在步驟75鑒別小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的進(jìn)位，并對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正。然后，在步驟76鑒別小數(shù)部分連續(xù)的等值的計(jì)數(shù)值，并對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正。其后，在步驟77開始將小數(shù)部分相加。然后，在步驟78將對應(yīng)于在步驟53保存的分辨數(shù)值n1的計(jì)數(shù)值相加對應(yīng)于該分辨數(shù)值n1的給定次數(shù)，從而求得小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑2。之后，在步驟79停止相加運(yùn)算。接著，在步驟80執(zhí)行平均運(yùn)算，即，將小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和∑2用上述的分辨數(shù)值n1相除以獲得一個平均值H2。然后，在步驟81通過刪除H2的整數(shù)部分校正平均值H2，從而獲得小數(shù)部分h2。
接著，在步驟82保存在步驟81獲得的小數(shù)部分h2。然后，在步驟83將在步驟74保存的h1和在步驟82保存的h2相加以求得計(jì)數(shù)值的平均值H。其后，在步驟84通過將該平均值H系統(tǒng)時鐘脈沖φ周期T相乘求得測量時間A(A=H·T)。
利用上述方案，時間測量系統(tǒng)可以具有以下功能即該系統(tǒng)具有它自己的任意測量基準(zhǔn)值，并求得該測量基準(zhǔn)值與由該系統(tǒng)本身測得的一個時間值之間的差值，以判斷是否滿足系統(tǒng)所需的測量精度，如果不滿足的話，則停止系統(tǒng)工作并發(fā)出警報。
下文中將更加詳細(xì)地介紹根據(jù)該實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)。
圖1為根據(jù)本實(shí)施例構(gòu)成的時間測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示時間測量系統(tǒng)的一個實(shí)例的電路示意圖。圖3為測量基準(zhǔn)值控制部分的一個實(shí)例的電路示意圖。圖4為測量信號發(fā)生器的一個實(shí)例的電路示意圖。圖5為基準(zhǔn)值設(shè)定部分的一個實(shí)例的電路示意圖。圖6為圖5所示電路的工作圖。圖7為比較器部分的一個實(shí)例的電路示意圖。
為了達(dá)到使脈沖處理速度快于(所用時間短于)半導(dǎo)體產(chǎn)品的處理極限速度的目的，采用了圖11所示的高頻脈沖發(fā)生器103，圖11為圖2所示高頻脈沖發(fā)生器9的電路結(jié)構(gòu)。但是，存在一些缺陷，因?yàn)閳D11所示高頻脈沖發(fā)生器103中延遲緩沖寄存器電路105中的各個延遲緩沖寄存器由于電壓波動和溫度變化而發(fā)生偏移，時間測量精度處于延遲緩沖寄存器偏移范圍內(nèi)，因此無法確知每次測量的測量精度值，而且計(jì)數(shù)值偏差至少為±1。
之所以無法知道每次測量的測量精度是因?yàn)楸M管各個延遲緩沖寄存器由于電壓波動和溫度變化而發(fā)生偏移而引起時間測量精度處于延遲緩沖寄存器偏移的范圍內(nèi)，但是在時間測量系統(tǒng)中無法測量每次測量的時間測量精度。
為了克服這些缺陷，在本實(shí)施例中，時間測量系統(tǒng)具有它自己的測量基準(zhǔn)值，相應(yīng)于該測量基準(zhǔn)值產(chǎn)生測量開始信號和測量停止信號，并且獲得測量基準(zhǔn)值與利用圖11所示高頻脈沖發(fā)生器103測得的時間值之間的差值。
具體地說，在圖3所示測量基準(zhǔn)值控制部分4的測量信號發(fā)生器22中，圖4所示測量信號發(fā)生器22的一個D-FF26利用時鐘信號φ鎖存測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號，并將其作為測量開始信號輸出，其中所說圖3為圖2所示測量基準(zhǔn)值控制部分8的電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖3所示測量信號發(fā)生器22的電路結(jié)構(gòu)圖。
響應(yīng)測量開始信號，當(dāng)圖5所示基準(zhǔn)值設(shè)定部分23中的W位計(jì)數(shù)器29達(dá)到給定的計(jì)數(shù)值時，D-FF30輸出一個給定值，D-FF31利用時鐘信號f的一個邊沿鎖存該給定值，該邊沿與用于W位計(jì)數(shù)器29的那些信號邊沿方向相同，上述圖5為圖3所示基準(zhǔn)值設(shè)定部分23的電路結(jié)構(gòu)圖。然后，D-FF32利用時鐘信號φ相反的邊沿鎖存在D-FF31保存的值，并將其作為測量停止信號輸出到圖4所示測量信號發(fā)生器22中的選擇器27，上述圖4為測量信號發(fā)生器22的電路結(jié)構(gòu)圖?；鶞?zhǔn)信號發(fā)生器33根據(jù)W位計(jì)數(shù)器29的計(jì)數(shù)值和D-FF30、D-FF31和D-FF32的鎖存時刻產(chǎn)生一個測量基準(zhǔn)值，并將其輸出到一個比較部分24。
響應(yīng)相對于測量基準(zhǔn)值的測量停止信號，圖4所示測量信號發(fā)生器22中的選擇器27利用來自比較器部分24的測量模式轉(zhuǎn)換信號，根據(jù)一個實(shí)際測量值，從時間測量系統(tǒng)外部或者相對于圖5所示基準(zhǔn)值設(shè)定部分23中D-FF32的測量基準(zhǔn)值的測量停止信號中選擇一個測量停止信號，并將其輸出到高速計(jì)數(shù)器部分1中，上述圖4為測量信號發(fā)生器22的電路結(jié)構(gòu)圖，圖5為基準(zhǔn)值設(shè)定部分23的電路結(jié)構(gòu)圖。
另一方面，如圖6所示，來自基準(zhǔn)值發(fā)生器33的測量基準(zhǔn)值分成整數(shù)部分值和小數(shù)部分值。因?yàn)樾?shù)部分值是相對于由D-FF32利用時鐘信號的反向邊沿鎖存的測量基準(zhǔn)值的測量停止信號，為此使用了等于來自圖2所示MPU20的分辨數(shù)值一半的一個值(將分辨數(shù)值偏移一位所得的一個值)。
圖7所示比較器部分24中的一個整數(shù)部分比較器35將來自基準(zhǔn)值發(fā)生器33的測量基準(zhǔn)值的整數(shù)部分與來自加法器部分2的整數(shù)部分平均值進(jìn)行比較，其中所說圖7為圖3所示比較器部分24的電路結(jié)構(gòu)圖。然后，圖7所示比較器部分24的小數(shù)部分比較器36判斷等于來自MPU20的分辨數(shù)值一半的這個值與來自加法器部分2的小數(shù)部分總和值是否在相應(yīng)于分辨數(shù)值的給定所需測量精度范圍內(nèi)，其中所說圖7為圖3所示比較器部分24的電路結(jié)構(gòu)圖。然后，在整數(shù)部分比較器35的輸出與小數(shù)部分比較器36的輸出之間進(jìn)行邏輯運(yùn)算，D-FF38利用時鐘信號鎖存邏輯運(yùn)算的結(jié)果。D-FF39根據(jù)鎖存在D-FF38的信號，將一個給定值作為測量模式轉(zhuǎn)換信號輸出到測量信號發(fā)生器22。
此外，對整數(shù)部分比較器35的輸出與小數(shù)部分比較器36的輸出之間進(jìn)行的邏輯運(yùn)算的上述結(jié)果、借助于一個時序調(diào)節(jié)器37通過使來自高速計(jì)數(shù)器部分1的相加無效信號的時序與由高速計(jì)數(shù)器部分1和加法器部分2測得的實(shí)際值的測量精度選擇而獲得的數(shù)據(jù)匹配得到的一個值、和由D-FF32利用時鐘信號的反向邊沿鎖存的測量基準(zhǔn)值執(zhí)行邏輯運(yùn)算。然后，D-FF40利用時鐘信號鎖存邏輯運(yùn)算的結(jié)果，計(jì)數(shù)器41相對于鎖存在D-FF40的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過對計(jì)數(shù)器41的計(jì)數(shù)值設(shè)定限值，就有可能重新測量測量精度或停止時間測量系統(tǒng)工作以發(fā)出報警。
計(jì)數(shù)值之所以偏差至少是±1，是由于當(dāng)在雙穩(wěn)態(tài)電路的輸入時序中出現(xiàn)輸入紊亂時，輸出變得不穩(wěn)定，無法知道經(jīng)過一段時間之后輸出電平是否穩(wěn)定在高電平或低電平。
為了解決這個問題，利用總和值進(jìn)行平均化處理，在總和值中計(jì)數(shù)值的偏差已經(jīng)得到校正。
具體地說，相對于在高頻脈沖發(fā)生器105中的延遲緩沖寄存器105的不同級獲得的n個信號，在n個級設(shè)置了m位計(jì)數(shù)器10(m=4)(流水線處理)以求得平均計(jì)數(shù)值(∑/n)的整數(shù)部分，并且在n個級設(shè)置了一位計(jì)數(shù)器11(流水線處理)以求得平均計(jì)數(shù)值的小數(shù)部分，由于每個一位計(jì)數(shù)器11缺少有關(guān)從第一位到第二位的進(jìn)位信息，如圖12所示設(shè)置了第一校正電路108以對一位計(jì)數(shù)器11的1和0一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正，和輸出當(dāng)一位計(jì)數(shù)器11的一位數(shù)值從1變化到0時的進(jìn)位信息。
然而，利用一位計(jì)數(shù)器導(dǎo)獲得小數(shù)部分引起了時間測量精度的誤差。產(chǎn)生誤差的原因是由于流水線排列的一位計(jì)數(shù)器均分別為單獨(dú)的電路，假定系統(tǒng)時鐘的分辨數(shù)值為n，則n個一位計(jì)數(shù)器中的每一個都可能取三類計(jì)數(shù)值，即，Q、Q+1或Q+2。一位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值只能是0或1。為了消除時間測量精度誤差，如圖12所示設(shè)置了第二校正電路109。
第二校正電路109包括一個選擇器110用于從n個流水線排列的一位計(jì)數(shù)器11的一位計(jì)數(shù)值中選擇一組所需的計(jì)數(shù)值，一個D-FF111用于鎖存來自選擇器110的信號，一個符合電路112用于比較來自D-FF111的輸出和借助于符合電路112和D-FF113使D-FF111的輸出增量獲得的一個值，所說D-FF113用于鎖存符合電路112的輸出，一個零檢測電路114用于根據(jù)D-FF113的輸出值和加法器部分6中的選擇器14經(jīng)由第一校正電路108的輸出值進(jìn)行零檢測，和一個選擇器115，用于利用使加法器部分6的運(yùn)算處理在m位側(cè)與一位側(cè)之間轉(zhuǎn)換的控制信號選擇零檢測電路114的輸出和從加法器部分6的選擇器14的輸出中選擇m位計(jì)數(shù)器10的較低兩位計(jì)數(shù)值。通過將選擇器115的輸出輸入到加法器部分6中，可以進(jìn)行Q+2計(jì)數(shù)值的運(yùn)算。
然后，進(jìn)行選擇以求得m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值的總和和一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值的總和。比較器118將在MPU20中獲得的分辨數(shù)值n與在如圖13所示的運(yùn)算次數(shù)控制電路116中的一個x位計(jì)數(shù)器117中獲得的相加次數(shù)值進(jìn)行比較。從比較器118輸出的比較結(jié)果由D-FF119鎖存，以便控制一位計(jì)數(shù)器11的相加次數(shù)。
m位計(jì)數(shù)器10計(jì)數(shù)值的相加次數(shù)值預(yù)先設(shè)定為所用m位計(jì)數(shù)器10的數(shù)量。選擇器14選擇m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的相加次數(shù)控制信號，以便控制相加次數(shù)。
來自選擇器14的m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值通過D-FF15、ADD16、D-FF17和D-FF18相加，以求出m位計(jì)數(shù)器10或一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值的總和。所得的總和值存儲在寄存器19中。儲存在寄存器19中的數(shù)據(jù)在MPU20的讀/寫時序讀入和寫入MPU20。
在MPU20中，將m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值總和用所用m位計(jì)數(shù)器10的數(shù)量相除。另一方面，相對于一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值，MPU20根據(jù)一位計(jì)數(shù)器12的數(shù)量n(使用了m位計(jì)數(shù)器10的LSB，并使用了一位計(jì)數(shù)器)，和寄存器19中用于控制MPU20的讀/寫時序和n個一位計(jì)數(shù)器12的計(jì)數(shù)值中低的或高的連續(xù)計(jì)數(shù)值的數(shù)量求得在時鐘周期φ的分辨數(shù)值n，并控制加法器部分6中的相加次數(shù)最高為n次。
圖11所示高頻脈沖發(fā)生器103中所用的各個延遲緩沖寄存器105的延遲時間會由于源電壓和溫度狀態(tài)的不同而發(fā)生偏移，因此分辨數(shù)值n也隨之變化?？紤]到這一點(diǎn)，MPU20將m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值的總和值和一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值總和值用分辨數(shù)值n相除，以便分別求得其平均值。
流水線排列的m位計(jì)數(shù)器10和流水線排列的一位計(jì)數(shù)器11在一個時鐘周期φ內(nèi)的計(jì)數(shù)值的偏移分別不大于+1或+2。所以，一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值變?yōu)樵趫D11所示高頻脈沖發(fā)生器103中的延遲緩沖寄存器的級數(shù)最小時一位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，+1計(jì)數(shù)值或+2計(jì)數(shù)值。包含小數(shù)點(diǎn)以下部分的計(jì)數(shù)值變?yōu)長SB的計(jì)數(shù)值或在圖12所示的第二校正電路109中經(jīng)過+2校正的校低兩位的值。
求得如此獲得的小數(shù)部分的平均值，將整數(shù)部分的平均值與小數(shù)部分平均值相加以求得平均值之和，將這個和值乘以時鐘周期φ得到測量時間。
如圖2和圖14所示，響應(yīng)待測量信號的輸入，高頻脈沖發(fā)生器9產(chǎn)生起動信號EN1至n，這些信號根據(jù)給定的開始命令和給定的停止命令STOP1至STOPn控制m位計(jì)數(shù)器10、一位計(jì)數(shù)器11和一位計(jì)數(shù)器12計(jì)數(shù)的開始和停止。對于具有n分辨系統(tǒng)時鐘φ，給定的停止命令STOP1至STOPn具有n個延遲時間。
由給定停止命令STOP1至STOPn產(chǎn)生的起動信號EN1至n由高頻脈沖發(fā)生器9分成兩類值，即低電平和高電平，以控制m位計(jì)數(shù)器10、一位計(jì)數(shù)器11和一位計(jì)數(shù)器12計(jì)數(shù)的開始和停止，使得m位計(jì)數(shù)器10取兩類計(jì)數(shù)值，即Q或Q+1，一位計(jì)數(shù)器11取三類計(jì)數(shù)值，即或Q、Q+1或Q+2，一位計(jì)數(shù)器12取兩類計(jì)數(shù)值，即0或1。
在MPU20中，將m位計(jì)數(shù)器10的計(jì)數(shù)值Q和Q+1的總和值以及一位計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值Q、Q+1和Q+2的計(jì)數(shù)值用利用一位計(jì)數(shù)器12的計(jì)數(shù)值中0或1的連續(xù)值的數(shù)量求得的分辨數(shù)值n相除，以求得一個平均計(jì)值，并將所得的平均計(jì)數(shù)值與系統(tǒng)時鐘周期相乘，從而有可能以短于系統(tǒng)時鐘的時間精度進(jìn)行測量。
如圖12和15所示，由于直至分辨數(shù)值n的一位計(jì)數(shù)器11都取三類計(jì)數(shù)值Q、Q+1和Q+2，有可能通過借助于圖12所示的第二校正電路109對圖15所示的一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正，并將校正結(jié)果輸出，而利用一位結(jié)構(gòu)的小數(shù)部分計(jì)數(shù)器以短于系統(tǒng)時鐘的時間精度進(jìn)行測量。
如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)時間測量系統(tǒng)中，為時間測量系統(tǒng)設(shè)置測量基準(zhǔn)值控制部分，其利用系統(tǒng)時鐘的反向邊沿產(chǎn)生測量基準(zhǔn)值、測量開始信號和測量停止信號，所說系統(tǒng)時鐘占空比的偏移借助于雙穩(wěn)態(tài)電路和類似電路或者系統(tǒng)時鐘的倍頻電路得以消除，并且求得測量基準(zhǔn)值與由具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的時間測量系統(tǒng)測得的時間值之間的差值，從而控制測量是否可能進(jìn)行。
采用這種方案，在該系統(tǒng)中有可能在所需的測量精度范圍內(nèi)獲得測量結(jié)果，所說系統(tǒng)能夠以短于由系統(tǒng)運(yùn)算速度唯一確定的周期的時間精度進(jìn)行測量。當(dāng)測量結(jié)果不在所需測量精度范圍內(nèi)時能夠給出報警信號，并對測量精度進(jìn)行反饋控制。當(dāng)該系統(tǒng)用于車輛距離控制系統(tǒng)或類似系統(tǒng)中時，是否執(zhí)行發(fā)動機(jī)剎車控制可以利用由測量精度值和時間測量值得到的車輛距離決定，從而提高安全性。
回顧圖1-5、7和11-13，下面以其它方式描述時間測量系統(tǒng)。
參見圖1和圖2，高速計(jì)數(shù)器部分1響應(yīng)測量開始信號與測量停止信號之間的時鐘信號累計(jì)計(jì)數(shù)值以產(chǎn)生表示該計(jì)數(shù)值的一個計(jì)數(shù)器輸出信號。加法器部分2根據(jù)時鐘信號和計(jì)數(shù)器輸出信號對計(jì)數(shù)值進(jìn)行加法運(yùn)算以獲得計(jì)數(shù)值的總和值。數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分3根據(jù)計(jì)數(shù)器輸出信號發(fā)生對應(yīng)于總和值的分辨數(shù)據(jù)。信號發(fā)生部分4根據(jù)測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號、初始停止信號、分辨數(shù)據(jù)、總和值、和時鐘言號產(chǎn)生測量開始信號和測量停止信號，以將測量開始信號和測量停止信號輸入到高速計(jì)數(shù)器部分1中。該總和值表示測得的時間值。
參見圖3，比較器部分24利用總和值和分辨數(shù)據(jù)將測得的時間值與一個基準(zhǔn)時間值進(jìn)行比較，以判斷是否滿足時間測量系統(tǒng)所需的測量精度。比較器部分24產(chǎn)生一個判斷結(jié)果信號。輸入控制的含義是指測量信號發(fā)生器22控制測量開始言號向高速計(jì)數(shù)器部分1的輸入。
參見圖11，延遲緩沖寄存器105具有彼此串聯(lián)的輸入端和輸出端。移位寄存器106分別與延遲緩存器105輸出端相連，各自產(chǎn)生一個寄存器輸出信號。邏輯電路107分別與移位寄存器106相連，各自對寄存器輸出信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算。
再參見圖2，多位計(jì)數(shù)器10分別從高頻脈沖發(fā)生器9的輸出中接收給定的輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)。一位計(jì)數(shù)器部分11分別從高頻脈沖發(fā)生器9接收一組輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)。第一校正電路根據(jù)加法器部分的運(yùn)算結(jié)果對一位計(jì)數(shù)器的一組一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正。第二校正電路根據(jù)所說的一組一位計(jì)數(shù)值和在加法器部分2中選擇的數(shù)據(jù)對一組一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正。附加的一位計(jì)數(shù)器部分12從高頻脈沖發(fā)生器中接收一組輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)。選擇器14從高速計(jì)數(shù)器部分1接收一位計(jì)數(shù)值和多位計(jì)數(shù)值以產(chǎn)生一個選擇器輸出。第一鎖存器15接收選擇器輸出以保存由選擇器輸出承載的數(shù)據(jù)。加法器16接收保存在第一鎖存器15中的數(shù)據(jù)。加法器16產(chǎn)生表示該數(shù)據(jù)的加法器輸出。第二鎖存器17將其輸出送入加法器16。第三鎖存器18接收該加法器輸出。
參見圖3，基準(zhǔn)值設(shè)定部分23設(shè)定一個基準(zhǔn)時間值。比較器部分24將該基準(zhǔn)時間值與總和值進(jìn)行比較以產(chǎn)生一個比較結(jié)果信號。測量信號發(fā)生器22根據(jù)比較結(jié)果信號和基準(zhǔn)時間值產(chǎn)生測量開始信號和測量停止信號。
參見圖4，鎖存器26利用時鐘信號鎖存測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號以產(chǎn)生測量開始信號。選擇器27接收測量停止信號和在基準(zhǔn)值設(shè)定部分23產(chǎn)生的一個信號以產(chǎn)生測量停止信號。
參見圖5，W位計(jì)數(shù)器29接收測量開始信號以開始計(jì)數(shù)。當(dāng)該W位計(jì)數(shù)器29的計(jì)數(shù)值達(dá)到給定值時第一鎖存器30產(chǎn)生一個給定值。第二鎖存器31接收表示該給定值的一個數(shù)據(jù)。第三鎖存器32以短于由時間測量系統(tǒng)的運(yùn)算速度唯一確定的周期的時間鎖存該數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送到測量信號發(fā)生器22?；鶞?zhǔn)值發(fā)生器33響應(yīng)W位計(jì)數(shù)器29的計(jì)數(shù)值和第一、第二和第三鎖存器31和32的鎖存時間產(chǎn)生基準(zhǔn)時間值。
參見圖7，整數(shù)部分比較器35將基準(zhǔn)時間值的整數(shù)部分與該總和值進(jìn)行比較以產(chǎn)生一個整數(shù)部分比較結(jié)果。小數(shù)部分比較器36利用分辨數(shù)據(jù)將基準(zhǔn)時間值的小數(shù)部分與該總和值進(jìn)行比較以產(chǎn)生小數(shù)部分比較結(jié)果。第一鎖存器38利用時鐘信號鎖存通過在整數(shù)部分比較結(jié)果與小數(shù)部分比較結(jié)果之間進(jìn)行的邏輯運(yùn)算所得的選定數(shù)據(jù)。第二鎖存器39鎖存第一鎖存器的輸出信號。時間調(diào)節(jié)器37調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)器輸出信號的時間以產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)器輸出。第三鎖存器40利用時鐘信號鎖存在選定數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)器輸出、和基準(zhǔn)時間值之間的邏輯運(yùn)算的結(jié)果。計(jì)數(shù)器41利用第三鎖存器40的輸出對測量精度選擇的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
權(quán)利要求
1．一種時間測量系統(tǒng)，其包括一個高速計(jì)數(shù)器部分，其用于響應(yīng)在輸入測量起始信號和測量停止信號之間的一個時鐘信號總計(jì)計(jì)數(shù)值，以產(chǎn)生表示所說計(jì)數(shù)值的一個計(jì)數(shù)器輸出信號；一個加法器部分，其與所說的高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于利用所說時鐘信號和所說計(jì)數(shù)器輸出信號對所說計(jì)數(shù)值進(jìn)行相加運(yùn)算，以產(chǎn)生所說計(jì)數(shù)值的總和值；一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分，其與所說加法器部分和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于利用所說計(jì)數(shù)器輸出信號響應(yīng)所說的總和值產(chǎn)生一個分辨數(shù)據(jù)；一個信號發(fā)生部分，其與所說數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分、所說加法器部分、和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，接收測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號和一個初始停止信號，以利用所說測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號、所說初始停止信號、所說分辨數(shù)據(jù)、所說總和值、和所說時鐘信號產(chǎn)生所說的測量起始信號和所說的測量停止信號，并將所說測量起始信號和所說測量停止信號輸入到所說高速計(jì)數(shù)器中。
2．如權(quán)利要求1所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說總和值表示所測得的一個時間值，所說信號發(fā)生部分包括比較裝置，其與所說的加法器部分和所說數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分相連，用于利用所說總和值和所說分辨數(shù)據(jù)將所說測得的時間值與一個基準(zhǔn)時間值比較以判斷是否滿足時間測量系統(tǒng)所需的測量精度，所說比較裝置產(chǎn)生一個判斷結(jié)果信號；和輸入控制裝置，其與所說比較裝置相連，響應(yīng)所說判斷結(jié)果信號，用于控制將所說測量開始信號輸入到所說高速計(jì)數(shù)器部分。
3．如權(quán)利要求1所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說總和值表示一個測得的時間值，所說信號發(fā)生部分包括比較裝置，其與所說加法器部分和所說數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分相連，用于利用所說總和值和所說分辨數(shù)據(jù)將所說測得的時間值與一個基準(zhǔn)時間值進(jìn)行比較以判斷是否滿足時間測量系統(tǒng)所需的測量精度，所說比較裝置產(chǎn)生一個判斷結(jié)果信號；和系統(tǒng)控制裝置，其與所說比較裝置相連，響應(yīng)所說判斷結(jié)果信號，控制所說時間測量系統(tǒng)的運(yùn)算。
4．如權(quán)利要求3所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說信號發(fā)生部分還包括報警裝置，其與所說比較裝置相連，響應(yīng)所說判斷結(jié)果信號，產(chǎn)生一個報警信號。
5．如權(quán)利要求1所述一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說高速計(jì)數(shù)器部分具有一個高頻脈沖發(fā)生器，它包括一組延遲緩沖寄存器，它們具有串聯(lián)聯(lián)接的輸入端和輸出端；一組移位寄存器，其分別與所說延遲緩沖寄存器的輸出端相連，各自用于產(chǎn)生一個寄存器輸出信號；和一組邏輯電路，其分別與所說移位寄存器相連，各自對所說寄存器輸出信號執(zhí)行邏輯運(yùn)算。
6．如權(quán)利要求5所說的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說高速計(jì)數(shù)器部分還包括一組多位計(jì)數(shù)器，它們分別從來自所說高頻脈沖發(fā)生器的輸出中接收給定的輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)。
7．如權(quán)利要求5所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特正在于所說高速計(jì)數(shù)器部分具有一個一位計(jì)數(shù)器部分，它包括一組一位計(jì)數(shù)器，其分別用于接收來自所說高頻脈沖發(fā)生器的一組輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)；一個第一校正電路，其根據(jù)來自所說加法器部分的一個運(yùn)算結(jié)果，對所說一位計(jì)數(shù)器的一組一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正；和一個第二校正電路，其根據(jù)所說的一組一位計(jì)數(shù)值和在所說加法器部分選擇的數(shù)據(jù)，對一組一位計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正。
8．如權(quán)利要求7所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說高速計(jì)數(shù)器部分還包括一個輔助一位計(jì)數(shù)器部分，其用于接收來自所說高頻脈沖發(fā)生器的一組輸出，從而開始或停止計(jì)數(shù)。
9．如權(quán)利要求1所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說加法器部分包括一個選擇器，其與所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于從所說高速計(jì)數(shù)器部分接收一位計(jì)數(shù)值和多位計(jì)數(shù)值以產(chǎn)生一個選擇器輸出；一個第一鎖存器，其與所說選擇器相連，用于接收所說選擇器輸出以保存由所說選擇器輸出承載的數(shù)據(jù)；一個加法器，其與所說第一鎖存器相連，用于接收保存在所說第一鎖存器中的數(shù)據(jù)，所說加法器產(chǎn)生表示所說數(shù)據(jù)的一個加法器輸出；一個第二鎖存器，其與所說加法器相連，用于接收所說加法器輸出，并將其輸出傳送到所說加法器；和一個第三鎖存器，其與所說第二鎖存器相連，用于接收所說加法器輸出。
10．如權(quán)利要求1所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說信號發(fā)生部分包括一個基準(zhǔn)值設(shè)定部分，用于設(shè)定一個基準(zhǔn)時間值；一個比較器部分，其與所說加法器部分相連，用于將所說基準(zhǔn)時間值與所說總和值進(jìn)行比較，以產(chǎn)生一個比較結(jié)果信號；和一個測量信號發(fā)生器，其與所說比較器部分、所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分、和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，接收所說測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號和所說寢停止信號，以根據(jù)所說比較結(jié)果信號和所說基準(zhǔn)時間值產(chǎn)生所說測量開始信號和所說測量停止信號。
11．如權(quán)利要求10所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說測量信號發(fā)生器包括一個鎖存器，其與所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，利用時鐘信號鎖存所說測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換信號以產(chǎn)生所說測量開始信號；和一個選擇器，其與所說鎖存器和所說高速計(jì)數(shù)器部分相連，用于接收所說測量停止信號和在所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分產(chǎn)生的一個信號以產(chǎn)生所說測量停止信號。
12．如權(quán)利要求10所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分包括一個W位計(jì)數(shù)器，其與所說測量信號發(fā)生器相連，用于接收所說測量開始信號以開始計(jì)數(shù)；一個第一鎖存器，其與所說W位計(jì)數(shù)器相連，用于當(dāng)所說W位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到所說給定值時產(chǎn)生一個給定值；一個第二鎖存器，其與所說第一鎖存器相連，用于接收表示所說給定值的一個數(shù)據(jù)；一個第三鎖存器，其與所說第二鎖存器和所說測量信號發(fā)生器相連，用于以短于由所說時間測量系統(tǒng)唯一確定的一個周期的時間鎖存所說數(shù)據(jù)，并將所說數(shù)據(jù)傳送到所說測量信號發(fā)生器；和一個基準(zhǔn)值發(fā)生器，其與所說W位計(jì)數(shù)器和所說比較器部分相連，用于響應(yīng)所說W位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值產(chǎn)生所說基準(zhǔn)時間值，和鎖存所說第一、第二和第三鎖存器的時間。
13．如權(quán)利要求10所述的一種時間測量系統(tǒng)，其特征在于所說比較器部分包括一個整數(shù)部分比較器，其與所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分和所說加法器部分相連，用于將所說基準(zhǔn)時間值的整數(shù)部分與所說總和值進(jìn)行比較，以產(chǎn)生一個整數(shù)部分比較結(jié)果；一個小數(shù)部分比較器，其與所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分、所說加法器部分、和所說數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分相連，用于利用所說分辨數(shù)據(jù)將所說基準(zhǔn)時間值的小數(shù)部分與所說總和值進(jìn)行比較，以產(chǎn)生一個小數(shù)部分比較結(jié)果；一個第一鎖存器，其與所說的整數(shù)部分比較器和小數(shù)部分比較器相連，用于利用所說時鐘信號鎖存通過所說整數(shù)部分比較結(jié)果和所說小數(shù)部分比較結(jié)果之間的邏輯運(yùn)算獲得的一個選定數(shù)據(jù)；一個第二鎖存器，其與所說第一鎖存器相連，用于鎖存所說第一鎖存器的輸出信號；一個時間調(diào)節(jié)器，其與所說高速計(jì)數(shù)器相連，用于調(diào)節(jié)所說計(jì)數(shù)器輸出信號的時間以產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)器輸出；一個第三鎖存器，其與所說時間調(diào)節(jié)器、、所說整數(shù)部分比較器、所說小數(shù)部分比較器、和所說基準(zhǔn)值設(shè)定部分相連，用于利用時鐘信號鎖存在所說選定數(shù)據(jù)、所說調(diào)節(jié)器輸出、和所說基準(zhǔn)時間值之間的邏輯運(yùn)算的結(jié)果；和一個計(jì)數(shù)器，其與所說第三鎖存器相連，用于利用所說第三鎖存器的輸出對測量精度選擇次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
14．使用一種時間測量系統(tǒng)的一種時間測量方法，它包括以下步驟第一步驟，初始化所說時間測量系統(tǒng)；第二步驟，根據(jù)相對于測量基準(zhǔn)值進(jìn)行的實(shí)際值測量結(jié)果起動一種分辨數(shù)值測量模式；第三步驟，設(shè)定測量基準(zhǔn)值和相應(yīng)于該測量基準(zhǔn)值產(chǎn)生一個測量目標(biāo)信號；第四步驟，在所說第三步驟接收到測量目標(biāo)信號時響應(yīng)一個給定的起始命令開始計(jì)數(shù)；第五步驟，響應(yīng)一個給定的停止命令停止計(jì)數(shù)；第六步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后開始將給定整數(shù)部分的計(jì)數(shù)值的相加；第七步驟，通過給定次數(shù)的相加求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值總和，并停止加法運(yùn)算；第八步驟，在第七步驟停止相加之后將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和用給定的相加次數(shù)值相除以求出第一平均值；第九步驟，校正第一平均值以獲得第一校正平均值；第十步驟，保存第一校正平均值；第十一步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后，根據(jù)對小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)位的鑒別結(jié)果，相對于這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正；第十二步驟，根據(jù)對小數(shù)部分相等的連續(xù)計(jì)數(shù)值鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正；第十三步驟，開始將小數(shù)部分相加；第十四步驟，在第五步驟停止計(jì)數(shù)之后，測量分辨數(shù)值；第十五步驟，保存所測得的分辨數(shù)值；第十六步驟，在第十五步驟保存分辨數(shù)值之后，將相應(yīng)的計(jì)數(shù)值相加對應(yīng)于該分辨數(shù)值的給定次數(shù)，以求得小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和；第十七步驟，停止小數(shù)部分的加法運(yùn)算；第十八步驟，在第十七步驟停止相加之后，將小數(shù)部分總和值用分辨數(shù)值相除以獲得第二平均值；第十九步驟，校正第二平均值以求得第二校正平均值；第二十步驟，保存第二校正平均值；第二十一步驟，將在第十步驟保存的第一校正平均值與在第二十步驟保存的第二校正平均值相加，以獲得第三平均值；第二十二步驟，將在第三步驟設(shè)定的測量基準(zhǔn)值和在第二十一步驟獲得的第三平均值進(jìn)行比較，以判斷該測量基準(zhǔn)值與該第三平均值之間的差值是否在給定的測量精度范圍內(nèi)；第二十三步驟，如果在第二十二步驟的判斷結(jié)果是否定的，則對第二十二步驟的比較次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以判斷第二十二步驟的比較次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到給定的次數(shù)；第二十四步驟，如果在第二十三步驟的判斷結(jié)果是肯定的，則停止該系統(tǒng)工作；第二十五步驟，如果在第二十二步驟的判斷結(jié)果是肯定的，則初始化計(jì)數(shù)器部分；第二十六步驟，響應(yīng)待測量的一個信號的輸入，開始測量實(shí)際值的一種模式；第二十七步驟，響應(yīng)給定的開始命令開始計(jì)數(shù)操作；第二十八步驟，響應(yīng)給定的停止命令，停止計(jì)數(shù)；第二十九步驟，在第二十八步驟停止計(jì)數(shù)之后，開始將給定整數(shù)部分計(jì)數(shù)值相加；第三十步驟，經(jīng)過給定次數(shù)的加法運(yùn)算求得整數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和，并停止加法運(yùn)算；第三十一步驟，在第三十步驟停止加法運(yùn)算之后，將整數(shù)部分計(jì)數(shù)值總和值用給定的相加次數(shù)相除以求得第四平均值；第三十二步驟，校正該第四平均值以獲得第三校正平均值；第三十三步驟，保存第三校正平均值；第三十四步驟，在第二十八步驟停止計(jì)數(shù)之后，根據(jù)小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)位的鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+1校正；第三十五步驟，根據(jù)對小數(shù)部分連續(xù)的等值計(jì)數(shù)值的鑒別結(jié)果，對這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值進(jìn)行+2校正；第三十六步驟，開始將這些小數(shù)部分計(jì)數(shù)值相加；第三十七步驟，將相應(yīng)于在第十五步驟保存的分辨數(shù)值的計(jì)數(shù)值相加對應(yīng)于該分辨數(shù)值的給定次數(shù)，以獲得小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和；第三十八步驟，停止小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的加法運(yùn)算；第三十九步驟，在第三十八步驟停止加法運(yùn)算之后，將小數(shù)部分計(jì)數(shù)值的總和用分辨數(shù)值相除以獲得第五平均值；第四十步驟，校正第五平均值以獲得第四校正平均值；第四十一步驟，保存該第四校正平均值；第四十二步驟，將在第三十三步驟保存的第三校正平均值與在第四十一步驟保存的第四校正平均值相加，求得第六平均值；和第四十三步驟，通過將第六平均值與系統(tǒng)時鐘脈沖周期相乘獲得測量時間。
全文摘要
時間測量系統(tǒng),具有高速計(jì)數(shù)器(1),對傳送測量開始和停止信號間的時鐘計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù),產(chǎn)生輸出信號,信號發(fā)生器(4)接收測量進(jìn)行/終止轉(zhuǎn)換和初始停止信號,產(chǎn)生測量開始和停止信號。加法器(2)利用時鐘和輸出信號對計(jì)數(shù)值相加產(chǎn)生總和值。對應(yīng)該值,數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分(3)利用輸出信號產(chǎn)生分辨數(shù)據(jù)。為產(chǎn)生測量開始和停止信號,信號產(chǎn)生部分利用了分辨數(shù)據(jù)、總和值和時鐘信號。測量開始和停止信號從信號發(fā)生器傳送到高速計(jì)數(shù)器。
文檔編號G04F10/04GK1212388SQ9810314
公開日1999年3月31日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者村上博邦 申請人:日本電氣株式會社