УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК G06F3/05 

Изобретение относится к информационно-вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах сбора и обработки данных.

Известно устройство ввода аналоговых сигналов, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов с дешифратором адреса, схемы выборки и хранения, аналого-цифровой (АЦП) и цифроаналоговый преобразователи (ЦАП), а также схему управления [1].

Недостатком известного устройства является то, что для коррекции погрешностей в нем используются дополнительные схемы выборки и хранения и ЦАП, что усложняет конструкцию и повышает его стоимость, так как для целей калибровки необходимо использование высокоточного ЦАП.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ввода информации от аналоговых датчиков, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов, блок масштабирования, блок выборки и хранения, АЦП, блок управления, передающий буферный регистр, регистр масштаба, регистр номера канала, триггер, два элемента И, два формирователя импульсов [2].

Недостатком данного устройства является его сложность. Кроме того, оно не позволяет вести преобразование входных сигналов, представленных уровнями тока.

Целью изобретения является упрощение устройства, а также обеспечение преобразования сигналов, представленных уровнями тока.

Сущность технического решения поясняется чертежом.

Устройство состоит из мультиплексора 1 аналоговых сигналов, ключа 2, усилителя 3, блока 4 выборки и хранения, АЦП 5, состоящего из компаратора 6, ЦАП 7, регистра 8 последовательного приближения, включающего в себя регистр 9 сдвига, группу элементов И 10, регистр памяти, выполненный на JK-триггерах 11, элемента И 12, элемента И 13, и группы элементов И 14, триггера 15, элемента И 16, формирователя 17 импульсов, элемента НЕ 18.

Устройство работает следующим образом.

Выбор режима определяется состоянием триггера 15. В исходном состоянии этот триггер установлен в ноль, что определяет режим преобразования входного сигнала.

В режим коррекции устройство переводится подачей сигнала на J-вход триггера 15, который устанавливает его в единицу. При этом блокируется элемент И 13 установки исходного состояния регистра 11 памяти и элемент И 12 запуска регистра 9 сдвига, а также открывается группа элементов И 14 для записи корректирующего кода. При переключении триггера 15 в единичное состояние на выходе элемента И 16 формируется отрицательный перепад напряжения, который запускает формирователь 17 импульсов (мультивибратор), который формирует импульс управления блоком 4 выборки и хранения с некоторой задержкой, необходимой для записи корректирующего кода в регистр 11 памяти.

Код коррекции, записанный в регистр 11, преобразуется в ток ЦАП 7, который через ключ 2 поступает на усилитель 3, преобразующий значение тока в значение напряжения, запоминаемое блоком 4 выборки и хранения.

После возвращения мультивибратора 17 в исходное состояние, блок выборки и хранения переходит в режим хранения, блокируется группа элементов И 14, деблокируются элементы И 12 и 13. В результате в регистр 11 памяти записывается начальное состояние кода, например 10...0, а в первую ячейку регистра сдвига записывается единица. Далее процесс преобразования выполняется по алгоритму последовательного приближения.

Работа устройства в режиме коррекции определяется следующими соотношениями.

Пусть N_корⁱ - значение i-го корректирующего кода, ε - погрешность ЦАП 7, Δ_см - погрешность смещения ЦАП 7 и усилителя 3, Δ₁ - суммарная погрешность блока 4 выборки и хранения и компаратора 6, тогда
N_выхU_оп(1 - ε ) + Δ_см = N_корⁱU_оп(1 - ε ) + Δ_см + Δ₁.

Отсюда N_вых= + или N_вых=Niк

Слагаемое - величина коррекции, которую необходимо внести в результат.

Нетрудно видеть, что одновременно происходит компенсация погрешности, обусловленной смещением ЦАП и усилителя. Значение коррекции может быть запомнено и затем внесено в результат.

В режиме преобразования входного сигнала триггер 15 устанавливается в ноль, на вход элемента НЕ 18 подается сигнал "Пуск", на адресный вход мультиплексора 1 поступает адрес канала, выполняется выборка преобразуемого сигнала и затем его преобразование в код. Конечное значение сопротивления ключей мультиплексора в замкнутом состоянии приводит к возникновению погрешности из-за тока смещения. Введение ключа 2 дает возможность устранить эту погрешность, так как цепь протекания выходного тока ЦАП 7 становится идентичной цепи входного тока, при этом учитывается и возможная нелинейность ключей.

В режиме преобразования АЦП работает как обычный преобразователь последовательного приближения.

Использование: в цифровых системах сбора и обработки данных. Сущность: устройство содержит мультиплексор 1, ключ 2, усилитель 3, блок 4 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 5, триггер 15, элемент И 16, формирователь 17 импульсов, элемент НЕ 18. Аналого-цифровой преобразователь 5 содержит компаратор 6, цифроаналоговый преобразователь 7, регистр 9 сдвига, группу элементов И 10, регистр памяти, выполненный на JK-триггерах 11. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее мультиплексор, блок выборки и хранения, триггер, элемент И, формирователь импульса, аналого-цифровой преобразователь, причем информационные входы мультиплексора являются входами аналоговых сигналов устройства, выход блока выборки и хранения соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход формирователя импульса - с первым установочным входом триггера, отличающееся тем, что в устройство введены элемент НЕ, ключ, усилитель, группа элементов И, а аналого-цифровой преобразователь содержит компаратор, цифроаналоговый преобразователь, элемент И и регистр последовательного приближения, содержащий элемент И, регистр сдвига, группу элементов И и регистр памяти, выполненный на JK-триггерах, причем выход элемента И соединен с тактовым входом регистра сдвига, выходы группы которого соединены с соответствующими первыми входами элементов И группы и установочными входами каждого JK-триггера, кроме первого, вторые входы элементов И группы соединены с выходом компаратора, выходы элементов И группы - с соответствующими K-входами JK-триггеров, выход регистра сдвига - с первым входом элемента И, второй вход которого является тактовым входом устройства, выход элемента И аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом регистра сдвига, входами сброса каждого JK-триггера, кроме первого, и установочным входом первого JK-триггера, выходы JK-триггеров соединены с входами цифроаналогового преобразователя и являются выходами цифрового сигнала устройства, вход элемента НЕ является входом запуска устройства, выход элемента НЕ соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера, выход элемента И соединен с входом формирователя импульса, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, второй установочный вход триггера является входом выбора режима устройства, вход сброса триггера - входом сброса устройства, прямой выход триггера соединен с третьим входом элемента И регистра последовательного приближения, первым входом элемента И аналого-цифрового преобразователя и первыми входами элементов И группы, вторые входы которых являются входами кода коррекции устройства, выходы элементов И группы соединены с соответствующими J-входами JK-триггеров, второй вход элемента И аналого-цифрового преобразователя является установочным входом устройства, первый вход компаратора - информационным входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход цифроаналогового преобразователя соединен с информационным входом блока выборки и хранения и вторым входом компаратора, второй выход цифроаналогового преобразователя через ключ - с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом блока выборки и хранения, выход мультиплексора - с входом усилителя.