УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к устройству для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения.

Способ аналого-цифрового преобразования, т.е. преобразования аналогового входного напряжения в пропорциональное амплитуде цифровое число, представляет собой способ подсчета. Вариантами способа подсчета являются одно- и двухрамповый способы, причем в первом способе только входное напряжение, а во втором способе входное и опорное напряжения интегрируют посредством интегрирующего звена.

Продолжительность периода аналого-цифрового преобразования измерительного сигнала определяется суммой времени t1 разрядки и времени t2 зарядки конденсатора, расположенного в цепи обратной связи интегрирующего звена. Переключение между зарядной и разрядной фазами происходит соответственно в момент, когда выходное напряжение интегрирующего звена достигает заданного порогового напряжения. Это реализуется посредством подключенного компаратора, к одному входу которого приложено выходное напряжение интегрирующего звена, а к другому выходу - пороговое напряжение.

Для измерения продолжительности периода широтно-импульсно модулированного выходного сигнала посредством счетчика регистрируют время между двумя нарастающими или двумя убывающими фронтами широтно-импульсно модулированного выходного сигнала. Разрешение при определении продолжительности периода зависит при этом от частоты такта счетчика: чем выше такт счетчика, тем лучше временное разрешение. При работе счетчика, например, с тактом f для минимального измеряемого изменения Δt времени справедливо:

Δt=1/f.

Известные аналого-цифровые преобразователи, конечно, тем дороже, чем выше их разрешение. Кроме того, разрешение известных аналого-цифровых преобразователей обычно твердо задано, так что обычно используют оптимально согласованный с данным случаем применения аналого-цифровой преобразователь.

В технике измерения процессов наблюдается тенденция к мультипараметрическим измерительным приборам, т.е. измерительным приборам, которые способны измерять несколько разных физических или химических параметров процесса. Параметры процесса представляют собой, например, температуру, давление, уровень, расход, значение рН, концентрацию ионов, проводимость и т.п. среды. «Качество» измерения определяется, в принципе, точностью измерения и/или временным разрешением измерения, т.е. скоростью измерения. Обычно оба этих требования противоречат друг другу: для высокоточного измерения требуется соответственно длительное время; если же время для измерения ограничено, то повышенная скорость измерения идет в ущерб точности измерения. Выходом из этого являются аналого-цифровые преобразователи, которые являются соответственно быстрыми и имеют в то же время высокое битовое разрешение. Недостаток этих аналого-цифровых преобразователей в том, что они относительно дороги, что значительно повышает себестоимость изготовления измерительных приборов.

Именно в отношении мультипараметрических измерительных приборов добавляется еще один аспект: в технике измерения процессов к обработке данных измерений здесь к аналого-цифровому преобразованию измерительных сигналов, представляющих отдельные параметры процесса, предъявляются разные требования к точности измерения и временнóму разрешению. В качестве примера следует назвать температуру, т.е. параметр процесса, который по времени изменяется обычно относительно медленно, поскольку в нормальном случае не возникает резких скачков температуры. Однако именно при измерениях температуры обычно требуется высокая точность измерения. В этой связи следует упомянуть контроль и/или регулирование температуры в химическом процессе. Поскольку температура изменяется относительно медленно, для регистрации данных измерений в распоряжении имеется относительно много времени.

Совершенно иначе дело обстоит, например, с измерением давления: здесь необходимо детектировать также внезапно возникающие скачки давления. Это возможно лишь в том случае, если продолжительность измерения соответственно короткая; при многих измерениях давления точность измерения имеет, однако, второстепенное значение. В этой связи целесообразно, следовательно, найти компромисс или гибкое решение, которое позволило бы согласовать регистрацию данных измерений в отношении точности и продолжительности измерения с соответственно предъявляемыми требованиями.

В основе изобретения лежит задача создания недорогого устройства для аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов, которое было бы выполнено с возможностью согласования с соответствующей задачей измерения.

Поставленная задача решается посредством устройства следующей конструкции. Аналого-цифровой преобразователь содержит интегрирующее звено с операционным усилителем, резистором и емкостью в цепи обратной связи. К инвертирующему входу операционного усилителя приложено опорное напряжение, а к неинвертирующему входу - измерительное напряжение или входное напряжение. Во время зарядной фазы с заданной продолжительностью времени конденсатор заряжается, а во время разрядной фазы - разряжается. Далее аналого-цифровой преобразователь содержит подключенный к операционному усилителю компаратор, подключенный к компаратору запоминающий элемент, создающий время заряда генератор времени и счетчик, причем счетчик детектирует фронты (или продолжительность периода) выработанного аналого-цифровым преобразователем на выходе широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. Запоминающий элемент представляет собой, согласно одному предпочтительному варианту, RS-триггер. Кроме того, предусмотрен синхронизирующий элемент, который, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности измерения синхронизирует фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала с тактом счетчика.

Как уже сказано, без синхронизации широтно-импульсного модулированного выходного сигнала с тактом счетчика переключение между зарядной и разрядной фазами происходит всегда точно при достижении установленного или заданного порогового напряжения, т.е. в момент, когда накопленный на зарядной фазе в конденсаторе интегрирующего звена заряд снова разряжен. Согласно изобретению, фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала синхронизируются с тактом счетчика посредством синхронизирующего элемента. В результате переключение между разрядной и зарядной фазами происходит не при достижении порогового напряжения, а только при следующем такте счетчика, т.е. при значении напряжения, лежащем выше порогового напряжения. Интегрирующее звено вынуждено, следовательно, несмотря на достижение порогового напряжения, продолжать интегрирование вплоть до возникновения следующего такта счетчика. За счет этого возникает остаточный заряд в конденсаторе интегрирующего звена. Этот процесс повторяется при каждом последующем преобразовании: остаточные заряды суммируются, пока, наконец, после определенного числа преобразований не произойдет резкое изменение показания счетчика.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения устройства предусмотрен тактовый датчик, который задает системный такт, причем синхронизирующий элемент синхронизирует счетчик, аналого-цифровой преобразователь и генератор времени системным тактом. Преимущество этого варианта, в котором все такты выводят из одного и того же системного такта, следует усматривать в том, что дрейфы тактов, которые могут возникать, например, из-за изменений температуры или в течение длительной продолжительности эксплуатации, не оказывают влияния на качество преобразования.

Одно предпочтительное усовершенствование устройства предусматривает аналоговый переключатель, который переключает опорное напряжение, приложенное к инвертирующему входу операционного усилителя, между двумя разными значениями. Это усовершенствование имеет то преимущество, что опорное напряжение, приложенное к инвертирующему входу операционного усилителя, может быть свободно выбрано или произвольно установлено. Если свободно выбираемого опорного напряжения не требуется, то от аналогового переключателя можно отказаться. Например, выходное напряжение синхронизирующего элемента может подаваться в качестве опорного напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя. Если синхронизирующий элемент представляет собой, как предложено в одном предпочтительном усовершенствовании изобретения, D-триггер, то в этом альтернативном решении рабочее напряжение D-триггера соответствует опорному напряжению, приложенному к инвертирующему входу операционного усилителя.

Кроме того, в одном предпочтительном варианте устройства предложено, что счетчик имеет вход Capture/Compare. Счетчик в течение заданной продолжительности измерения включен и детектирует фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. В принципе, корректная работа возможна, конечно, только тогда, когда в течение выбранной продолжительности измерения находится, по меньшей мере, один период широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. При каждом детектированном фронте широтно-импульсного модулированного выходного сигнала происходит прерывание. Далее одно предпочтительное выполнение устройства предусматривает микропроцессор, который определяет входное напряжение по выработанным за счет прерываний показаниям счетчика, в частности посредством образования среднего значения из нескольких показаний счетчика.

В связи с решением согласно изобретению, следует считать особенно предпочтительным, что микропроцессору придан блок памяти. В блоке памяти хранится число прерываний, выработанных в течение заданной продолжительности измерения фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. Микропроцессор рассчитывает входное напряжение по истечении заданной продолжительности измерения по следующей формуле:

где переменная Z1 соответствует первому показанию счетчика, Z представляет последующие показания счетчика, I отражает число подсчитанных в течение продолжительности измерения прерываний, t₁ обозначает время заряда, a U_H - опорное напряжение, приложенное к интегрирующему звену.

Особенно предпочтительным следует считать выполнение устройства, в котором микропроцессор детектирует повышенные и пониженные напряжения и генерирует соответствующий сигнал ошибки. Пониженное напряжение может быть просто констатировано, например, за счет того, что в течение продолжительности измерения детектируют не, по меньшей мере, два фронта широтно-импульсного модулированного выходного напряжения или не, по меньшей мере, два прерывания. Повышенное напряжение проявляется за счет того, что время отработки прерываний дольше измеряемой продолжительности периода. Во избежание ошибок измерений здесь следует ограничить верхним пределом число возникающих прерываний.

В качестве альтернативы предложено, что микропроцессор согласовывает продолжительность измерения с возможностью предотвращения возникновения пониженных и/или повышенных напряжений.

Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемых чертежей, на которых изображают:

- фиг.1: блок-схему график аналого-цифрового преобразователя;

- фиг.2: охарактеризованных на фиг.1 напряжений различных компонентов аналого-цифрового преобразователя;

- фиг.3: график, на котором выходное напряжение U_a операционного усилителя нанесено в зависимости от показаний счетчика в течение одного измерительного цикла;

- фиг.4: график, на котором ошибки измерения времени нанесены в зависимости от числа усредненных данных измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема аналого-цифрового преобразователя 1. Аналого-цифровой преобразователь 1 составлен из следующих компонентов:

- интегрирующего звена 2, состоящего из операционного усилителя ОР1, резистора R и емкости С в цепи обратной связи;

- компаратора 3;

- запоминающего элемента 4, здесь RS-триггера 4;

- синхронизирующего элемента 5, здесь D-триггера 5;

- временного генератора 6.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, синхронизирующий элемент 5 синхронизирует аналого-цифровой преобразователь 1, счетчик 8 и временной генератор 6 с системным тактом T_s. Возможна также, как уже сказано, синхронизация по такту f счетчика вместо системного такта T_s.

Опционально предусмотрен аналоговый выключатель 7. От него можно отказаться, если свободно выбираемого опорного напряжения U_ref не требуется. Если не требуется свободно выбирать опорное напряжение U_ref, то в качестве опорного напряжения U_ref можно использовать, например, непосредственно выходное напряжение Q₂ синхронизирующего элемента 5 или в режиме без синхронизации - выходное напряжение Q₁ запоминающего элемента 4. В этих случаях рабочее напряжение D-триггера 5 или RS-триггера 4 соответствует, следовательно, одновременно опорному напряжению U_ref, приложенному к инвертирующему входу операционного усилителя ОР1.

Аналого-цифровой преобразователь 1 содержит три входа и один выход:

- к первому входу приложено входное напряжение U_e;

- ко второму входу приложено опорное напряжение U_H;

- на третьем входе системный такт T_s.

На выходе аналого-цифрового преобразователя 1 формируется широтно-импульсный модулированный выходной сигнал U_out, который представляет цифровое преобразование аналогового измерительного сигнала U_e.

Действующий в качестве интегрирующего звена 2 операционный усилитель ОР1 заряжают в течение заданной временным генератором 6 продолжительности t₁ времени зарядной фазы. Затем измеряют продолжительность t₂ времени разрядной фазы. Продолжительность t₂ времени соответствует времени, которое проходит до тех пор, пока на выходе интегрирующего звена 2 за счет разряжающегося конденсатора С не будет измерено определенное выходное напряжение U_a. Обычно оно соответствует пороговому напряжению U_th; согласно изобретению переключение за счет синхронизации со счетчиком происходит, однако, при напряжении, лежащем выше заданного порогового напряжения. Временнáя характеристика приложенного к отдельным компонентам напряжения U_a, U_K, Q₁, Q₂ и временнáя характеристика вырабатываемого отдельными компонентами напряжения U_ref, T_s изображены на фиг.2 отдельно.

В момент t=0 начинается так называемая зарядная фаза. На фиг.2 она обозначена (1). В момент t=0 за счет соответствующего включения аналогового выключателя 7 на инвертирующем входе операционного усилителя ОР1 возникает напряжение U_H. Если опорное напряжение U_H выше входного напряжения U_e, то напряжение U_a на выходе операционного усилителя ОР1, исходя из порогового напряжения U_th, линейно падает. Выход компаратора 3, выход Q1 RS-триггера 4, выход Q2 D-триггера 5, соответствующий импульсно-модулированному выходному сигналу U_out, и выход временного генератора 6 находятся в течение этого времени на вторичном уровне Н_i. В момент t₁ возникающее на выходе интегрирующего звена 2 выходное напряжение U_a можно описать следующим образом:

По истечении лежащей между моментами t=0 и t₁ продолжительности времени временной генератор 2 формирует на выходе Т_C короткий Clock-импульс на вторичном уровне L_O. За счет этого на RS-триггере 4 формируется сигнал Reset; вследствие этого выходной сигнал Q₁ и на один такт позднее выходной сигнал Q₂ устанавливаются на вторичный уровень L_O. Далее аналоговый выключатель 7 включает опорное напряжение U_ref на О_V, и начинается разрядная фаза, которая на фиг.2 обозначена (2).

Если опорное напряжение О_V ниже входного напряжения U_e, то выходное напряжение U_a линейно возрастает. В момент t2 напряжение U_a снова достигает порогового напряжения U_th, и включается компаратор 3. За счет этого выходное напряжение U_K компаратора 3 устанавливается на вторичный уровень L_O; далее устанавливается RS-триггер 4 (→ SET). Q₁ лежит на вторичном уровне Н_i, а на один такт позднее выходное напряжение Q₂ D-триггера 5 лежит на вторичном уровне Н_i. Q₂ служит для переключения опорного напряжения U_ref и для включения временнóго генератора 6. Зарядная фаза (1) начинается заново. В момент Т=t₁+t₂ выходное напряжение U_a можно математически описать следующей формулой:

Подставив U_a(t₁) из формулы (1) в формулу (2), получим в переходном процессе аналого-цифрового преобразователя 1 следующее отношение между входным напряжением U_e и продолжительностью Т периода:

Если опорное напряжение U_H и заданное время t₁ - Delay задержки известны и постоянны, то возникает следующее математическое отношение:

В этих условиях входное напряжение U_e, следовательно, обратно пропорционально продолжительности Т периода, причем Т=t₁+t₂.

Для измерения продолжительности Т периода посредством счетчика 8 регистрируют время между двумя нарастающими или двумя убывающими фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала U_out. Временнóе разрешение продолжительности Т периода существенно зависит при этом от частоты f такта счетчика 8. При работе счетчика 8 с системным тактом T_s к минимальному измеряемому изменению времени Δt относится следующее математическое отношение:

Этот обычный предел разрешения устраняется в аналого-цифровом преобразователе 1.

Без синхронизации по системному такту T_s или по такту счетчика 8 переключение между разрядной (2) и зарядной (1) фазами происходит всегда точно по достижении порогового напряжения U_th, т.е. в момент, когда накопленный на зарядной фазе (1) в интегрирующем звене 2 заряд снова разряжен. Согласно изобретению, аналого-цифровой преобразователь 1 и счетчик 8 синхронизируют с системным тактом T_s или с тактом f счетчика 8.

За счет синхронизации аналого-цифрового преобразователя 1, счетчика 8 и временного генератора 6 с системным тактом T_s или с тактом f счетчика 8 описанное выше переключение происходит только при следующем системном такте T_s или такте f счетчика 8. Переключение между обеими фазами происходит, следовательно, не при U_th, a выше U_th. За счет этого в интегрирующем звене 2 возникает остаточный заряд, который суммируется с каждым преобразованием и приводит наконец к скачку показания счетчика. Возникает цикл данных измерений с разрешением счетчика 8. Образование среднего значения из n данных измерений этого цикла повышает разрешение, по меньшей мере, на коэффициент n. Чем больше число усредненных данных измерений, тем выше и разрешение. Удвоение усредненных данных измерений приводит, по меньшей мере, к удвоению разрешения и, тем самым, к удвоению точности измерения.

На фиг.3 в качестве примера цикла изображено напряжение U_e в зависимости от показаний счетчика 8. Здесь показано, как выходное напряжение U_a интегрирующего звена 2 в течение одного цикла, в который происходит множество зарядных и разрядных фаз, изменяется от времени. При тактовой частоте 10 кГц показания счетчика имеют разрешение 10 мкс. В течение цикла счетчик 8 четырежды формирует показание 130 мкс и семижды показание 140 мкс. В микропроцессоре происходит образование среднего значения из одиннадцати данных измерений, так что получают точное значение 136,3636 мкс, хотя собственно разрешение счетчика составляет всего 10 мкс.

В качестве примера на фиг.4 изображено разрешение, достигнутое в устройстве согласно изобретению за счет образования среднего значения. В частности, здесь нанесена ошибка в измерении времени от числа n проведенных за один цикл измерений. По отношению к примеру на фиг.3 ошибка при образовании среднего значения от n=11 измерений стремится к нулю. Гарантируется, правда, только огибающая 1/n.

Теоретически решение согласно изобретению позволяет достичь любого по величине разрешения, если продолжительность измерения соответственно повысить. Повышенная точность измерения, правда, идет в ущерб скорости измерения, однако в зависимости от вида применения или вида измерения это играет лишь второстепенную роль. Практически разрешение имеет пределы из-за возникновения шумов и нелинейностей.

За счет приведенной в формуле (3) нелинейной зависимости между входным напряжением U_e и продолжительностью Т периода разрешение измеренного напряжения нелинейное. Большие входные напряжения U_e дают малые продолжительности Т периода и имеют более низкое разрешение. Согласно изобретению, для оценки используют предпочтительно следующий алгоритм.

Счетчик с входом Capture/Compare включают на продолжительность Х измерения (например, Х=4 мс). Показания счетчика при созданных фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала U_out прерываниях I записывают в блоке памяти следующим образом. Первое показание счетчика записывают в переменную Z1; последующие переписывают в переменную Z. Число прерываний фиксируют в переменной I. По истечении продолжительности Х измерения напряжение U_e можно вычислить следующим образом:

Низкое входное напряжение U_e, создающее продолжительность Т периода немного меньше X, следовательно, не усредняют и измеряют с разрешением счетчика 8. Высокое входное напряжение U_e, создающее очень малую продолжительность Т периода, очень часто измеряют и усредняют, причем разрешение повышают описанным выше методом. Минимальное разрешение имеет поэтому сигнал с продолжительностью Т=Х/2 периода. Разрешение аналого-цифрового преобразователя 1 можно описать следующей математической формулой:

Если, например, продолжительность измерения Х=4 мс, а системный такт T_s=8 МГц, то разрешение аналого-цифрового преобразователя 1 А=16000 или 14 бит.

В программном обеспечении микропроцессора улавливают следующие ошибки.

Пониженное напряжение обнаруживается, если в течение продолжительности Х измерения не возникает никаких фронтов широтно-импульсного модулированного выходного сигнала или никаких прерываний. Это является индикатором того, что измерительное напряжение или входное напряжение U_e слишком низкое.

Повышенное напряжение может быть обнаружено за счет того, что время T_I отработки прерываний дольше продолжительности Т периода и возникает ошибка измерения. Поэтому требуется ограничить максимальное число прерываний до X/T_I.

Ниже еще раз перечислены преимущества устройства.

Следующие ошибки принципиально не возникают при измерении:

- если временнóй генератор 6 синхронизируют с тактом f счетчика, то изменение времени t₁ предварительной зарядки (например, из-за изменений температуры или с продолжительностью работы) не влияет на результат измерения;

- если все такты компонентов 6, 8, 1 схемы выводят из одного и того же такта T_s, то изменение такта T_s (например, из-за изменений температуры или с продолжительностью работы) не играет роли;

- точно так же колебания порогового напряжения U_th и в RC-звене негативно не сказываются на результате измерения, пока колебания не возникают в течение одного измерительного цикла;

- время включения цифровой схемы, оказывающее влияние на продолжительность t₂ времени разрядной фазы, не влияет на результат измерения.

Далее двухточечная коррекция позволяет устранить следующие ошибки:

- все аналоговые величины смещения на операционном усилителе ОР1 (поскольку здесь только одно изменение может создать одну ошибку измерения);

- значение сопротивлений во включенном состоянии аналогового выключателя 7;

- время включения, действующее на продолжительность t₁ времени зарядной фазы;

- абсолютная ошибка опорного напряжения U_H (также здесь только одно изменение может создать одну ошибку измерения).

Изобретение относится к устройству для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения (U_e), содержащему аналого-цифровой преобразователь (1), состоящий из интегрирующего звена (2) с операционным усилителем (ОР1), резистором (R) и емкостью (С) в цепи обратной связи, причем к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) приложено опорное напряжение (U_ref), а к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) - измерительное напряжение (U_e), конденсатор (С) в течение зарядной фазы продолжительностью (t₁) заряжается, а в течение разрядной фазы продолжительностью (t₂) разряжается, аналого-цифровой преобразователь (1) включает в себя далее подключенный к операционному усилителю (ОР1) компаратор (3), подключенный к компаратору (3) запоминающий элемент (4), создающий время (t₁) зарядки временной генератор (6) и счетчик (8), который выполнен с возможностью детектирования фронтов или продолжительности (T=t₁+t₂) периода сформированного аналого-цифровым преобразователем (1) на выходе широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (U_out), причем предусмотрен синхронизирующий элемент (5), выполненный с возможностью синхронизации, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности (X) измерения фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала с тактом счетчика (8). 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения (U_e), содержащее аналого-цифровой преобразователь (1), состоящий из интегрирующего звена (2) с операционным усилителем (ОР1), резистором (R) и емкостью (С) в цепи обратной связи, причем к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) приложено опорное напряжение (U_ref), а к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) - измерительное напряжение (U_e), конденсатор (С) в течение зарядной фазы продолжительностью (t₁) заряжается, а в течение разрядной фазы продолжительностью (t₂) разряжается, аналого-цифровой преобразователь (1) включает в себя далее подключенный к операционному усилителю (ОР1) компаратор (3), подключенный к компаратору (3) запоминающий элемент (4), создающий время (t₁) зарядки временной генератор (6) и счетчик (8), который выполнен с возможностью детектирования фронтов или продолжительности (T=t₁+t₂) периода сформированного аналого-цифровым преобразователем (1) на выходе широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (U_out), причем предусмотрен синхронизирующий элемент (5), выполненный с возможностью синхронизации, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности (X) измерения фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала с тактом счетчика (8).2. Устройство по п.1, в котором предусмотрен тактовый датчик, выполненный с возможностью задавания системного такта (T_s), причем синхронизирующий элемент (5) выполнен с возможностью синхронизации счетчика (8), аналого-цифрового преобразователя (1) и временного генератора (6) с системным тактом (T_s).3. Устройство по п.1 или 2, в котором предусмотрен аналоговый выключатель (7), выполненный с возможностью переключения опорного напряжения (U_ref), приложенного к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1), между двумя разными значениями (U_H, масса).4. Устройство по п.1 или 2, у которого в качестве опорного напряжения (U_ref) имеющееся на выходе синхронизирующего элемента (5) напряжение (Q₂) подают на инвертирующий вход операционного усилителя (ОР1).5. Устройство по п.1, у которого в качестве опорного напряжения (U_ref) имеющееся на выходе запоминающего элемента (4) напряжение (Q₁) подают на инвертирующий вход операционного усилителя (ОР1).6. Устройство по п.1, у которого запоминающий элемент (4) представляет собой RS-триггер.7. Устройство по п.1 или 2, у которого синхронизирующий элемент (5) представляет собой D-триггер.8. Устройство по п.4, у которого синхронизирующий элемент (5) представляет собой D-триггер.9. Устройство по п.1, у которого счетчик (8) имеет вход Capture/Compare, включен каждый раз в течение заданной продолжительности (X) измерения и выполнен с возможностью детектирования фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (U_out), причем предусмотрен микропроцессор, выполненный с возможностью определения входного напряжения (U_e) из показаний счетчика, в частности посредством образования среднего значения из нескольких показаний счетчика.10. Устройство по п.1 или 9, у которого микропроцессору придан блок (11) памяти, в котором хранится число созданных фронтами широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (U_out) прерываний (I), причем микропроцессор (10) выполнен с возможностью расчета входного напряжения (U_e) по истечении продолжительности (X) измерения по следующей формуле: где переменная Z1 соответствует первому показанию счетчика (8), Z представляет последующие показания счетчика, переписываемые в блок памяти, величина I отражает число подсчитанных в течение продолжительности (X) измерения прерываний, а а обозначает постоянную.11. Устройство по п.9, у которого микропроцессор выполнен с возможностью обнаружения пониженных и повышенных напряжений и формирования сигнала ошибки.12. Устройство по п.10, у которого микропроцессор выполнен с возможностью обнаружения пониженных и повышенных напряжений и формирования сигнала ошибки.13. Устройство по п.11 или 12, у которого микропроцессор выполнен с возможностью согласования продолжительности (X) измерения с возможностью предотвращения возникновения пониженных и/или повышенных напряжений.