Аналого-цифровой преобразователь последовательного уравновешивания Советский патент 1983 года по МПК H03K13/17 

лов аапуска и второму входу декадйого элемента И этого разряда, а выход элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом многовходного элемента И, а в младшем разряде первый вход декадного элемента И соединен с последним выходом соответствующего декадного распределителя, второй вход - с первым выходом триггера, второй выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, первый выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к соответствующему входу многовходного элемента И, второй вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ предыдущего разряда..

2. Преобразователь по п. 1, отличаю, щийся тем, что распределитель сигналов запуска содер

жит элемент И-НЕ, формирователь, ключи, одновибратор, элемент И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и третьим входами распределителя сигналов запуска, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, первый вход - с выходом элемента И-НЕ, второй выход с - выходом элемента И, третий выход - с первым выходом триггера, вторым входом первого , первым входом элемента И-НЕ и второго ключа, четвертый выход - с выходом второго ключа, второй вход которого через формировател соединен с вторым входом элемент И-НЕ и выходом одновибратора, вход которого подключен к выходу, первого ключа, второй выход триггера соедине с первым входом элемента И, второй вход которого пбдключен к выходу формирователя.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и обеспечивает аналого-цифровое преобразование измеряемой величины ее .последовательным уравновешиванием ступенчатым, подекадно изменяющимся напряжением с повьашенной достоверностью результата преобразования.

Известен аналого-цифровой, преобразователь (АЦП), содержащий компаратор, соответствующими входами соедине.нный с измерительной шиной устройства и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, декадный распределитель, соответствующими входами соединенный с преобразователем единичного кода в напряжение, тактовый генератор соединенный чере ключ с входом запуска декадного распределителя запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые входы которого соединены с соответствующими входами преобразователя единичного кода в напряжение, к сигнальному входу ключа подключен выход триггера, вход которого через элемент И, одним из входов соединенный с В1Ь1ходом этого же триггера, подключен к выходу компаратора Cl1Недостатком устройства является пониженная достоверность результатов преобразования, обусловленная как сравнительно низким быстродействием устройства/, что приводит к росту динамической погрешности, так и отсутствием средств диагностики сбоев и отказов.

Известен АЦП последовательного уравновешивания, содержаний дсомпарач

тор соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые выхды которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триггера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подк хючен к выходу компаратора и управляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, деканые распределители старшего и промежуточных разрядов, распределителя сигналов запуска 2}.

Однако в известном устройстве отсутствует контроль достоверности результатов преобразования.

Для достижения указанной цели в АЦП последовательного уравновешивания, содержащий компаратор, соответсвующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу юча подключен первый выход триггера, первьЕй вход которого через соответствующий декадный элемент и подключен к выходу компаратора и управляющим входам декадных элемен-. тов И остальных разрядов, декадные распределители старшего и промежуточ ннх разрядов, распределители сигналов запуска, введены многовходовый элемент И, дополнительный триггер, и элемент И-НЕ, а в каждый разряд, кроме младшего, между кодовыми входа ми преобразователя единичного кода в напряжение и выходами декадного распределителя соответствующего ему разряда введены И, выходы которых соединены с соответствующим кодовыми входами преобразователя единичного кода в напряжение, первый вход каждого элемента И, кроме первого, через .элемент ИЛИ соединен с вторым входом предаддущего элемента и.Соответствующим выходом декадного распределите я, первый вход первого элемента И разряда и управляю11;ие входы элементов ИЛИ соединены с пер вым выходом распределителя сигналов запуска данного разряда,, а второй вход последнего элемента И разряда соединен с соответствующим выходом декадного распределителя, с первым входом декадного элемента И данного разряда и через формирователь - с .первым входом декадного элемента ИЛ второй вход которого подключен к второму выходу распределителя сигна лов -запуска, а выход соединен с :п$рвыМ входом распределителя сигналов запуска следующего разряда и через декадный.формирователь времен ного интервала этого разряда соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему выходу распределителя сигналов запуска и второму входу декад ного элемента этого разряда, .а выхо элемента И-НЕ соединен с соответств ющим входом 1У1НОГОВХОДОВОГО элемента И, выход которого подключен к ши сигнала ошибки, четвертый выход рас пределителя сигналов запуска разряда соединен с входом декадного распределителя этого разряда, второй вход - с выходом тактового генератора, третий вход - с выходом декад ного элемента И, причем первый вход распределителя сигналов запуска ста шего разряда соединен с шиной сигна лов запуска, и через декадный форми рователь временного интервала этого разряда -- с первым входом элемента .И-НЕ этого разряда, второй вход которого подключен к третьему выход распределителя сигналов запуска и второму входу декадного элемента И этого разряда, а выход элемента Исоединен с соответствующим входом многоходового элемента И, а в младшем разряде первый вход декадного элемента И соединен с последним выходом соответствующиего декадного распределителя, второй вход - с пер вым выходом триггера, второй выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, первый выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к соответствующему входу многовходного элемента И, второй вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ предыдущего разряда. Причем распределитель сигналов запуска содержит элемент И-НЕ, формирователь, ключи, одновибратор, элемент И и триггер. Первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и третьим входами распределителя сигналов запуска, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, первый выход - с выходом элемента,И-НЕ, второй выход - с выходом элемента И, третий выход - с первым выходом триггера , вторым входом первого ключа, первым входом элемента И-НЕ и второго ключа, четверть1й выход - с выходом второго ключа, второй вход которого через формирователь соединен с вторым входом элемента И-НЕ и выходом одновыбратора, вход,которого подключен к выходу первого ключа, второй выход триггера соединен с-первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - схема распределителя сигналов запуска. Устройство, содержит измерительную шину 1, компаратор 2, декадный преобразователь 3 единичного кода в напряжение, декадные распределители 4-6 старшего, промежуточных и младшего разрядов, соответственно, элементы И 7, элементы ИЛИ 8, распределитель 9 сигналов запуска с выходами 10-13 и входами 14-16, шину 17 сигнала запуска, тактовый генератор 18,- элементы ИЛИ 19, декадные элементы И 20, формирователь 21, ключ 22, триггеры 23 и 24, шину 25 сигнала конца измерения, формирова- тели 26 временного интервала, элементы И-НЕ 27, многоходовый элемент И 28, шину 29 сигнала ошибки. Распределитель сигналов запуска включает элемент И-НЕ 30, элемент И 31, ключи 32 и 33, триггер 34, формирователь 35, одновибратор 36. Устройство работает по принципу уравновешивания измеряемой величины опорным .напряжением, изменяющимся ступенями, пропорциональными ю , от максимального значения , где п - число десятичных разрядов представления Измеряемой величины. Ступенчатое напряжение формируется декадным преобразователем 3 единичного кода в напряжение (ПЕКН), в соответствии с единичным параллельным кодом на выходах декадных распределителей . В исходном состоянии напряжение ПЁКН равно максимальному/ оно превышает измеряемую величину, что фиксируется выходным единичным сиг- налом компаратора 2. АЦП принимает исходное состояние по внешнему сигналу сброса {цепи сброса не обозначены }, при котором сигналы кода всех разрядов на входах ПНКН являются единичными, триггер 23 блокирует передачу сигналов через ключ 22 и присоединенный к нему элемент И 20, триггер 24 переключается В состояние, при котором на выходе подключенного к нему элемента И-НЕ 2 выходной сигнал.является единичным при исходном единичном сигнале компаратора 2. В исходном состоянии выходные сигналы всех остальных элементов И-НЕ 27 также равны единице, что обеспечивается .переключением в соответствующее состояние триггеров 34 всех распределителей сигналов -запуска (фиг, 2). Триггеры 34 блокируют при этом ключи 32 и 33, В состоянии покоя выходной сигнал одновибратора 36 (фиг, 2) является нулевым. Однако этот сигнал передается через элемент И-НЕ 30, поэтому в устойчивом положении одновибра- тора 36 на выходе 10 распределителя сигналов запуска действует единичное значение сигнала. Это обеспечивает единичные сигналы на выходах соответствующих элементов И 7 при исходных единичньлх сигналах декадных распределителей 4 и 5. С поступлением внешнего сигнала запуска на шину 17 из исходнохо состояния перек.пючается триггер 34 первого из распределителей сигналов запуска управляющего за.пуском декад.но-го распределителя 4, и, тем самьт, .деблокируются ключ 32 и 33 этого распределителя и блокируется элемент И 31. Вместе с тем, при переключении триггера 34 распределителя 9 на выхо де 15 этого распределителя появляется единичный сигнал, который деблокирует присоединений к этому выходу элемент И 20, Это обеспечивает в дальнейшем переключение триггера 3 при изменении единичных сигналов на любом из двух других входов элемента И 20. Первым же появивишимся тактовым сигналом генератора 18 на входе 16 первого распределителя 9 через дебло кированный ключ 33 запускается одновибратор 36 этого распределителя. Выходной сигнал одновибратора стано вится при этом единичным и, так как на втором входе, элемента И-НЕ 30 действует теперь единичное значение сигнала триггера 34, то сигнал на выходе 10 распределителя 9 становится нулевым и напряжение ПЕКН уменьшается на одну ступень старшего разряда. Если измеряемая величина меньше установленного напряжения ПЕКН ДЗменьшенного на ступень , пропорциональную величине 10 ), то значение выходного сигнала компаратора 2 не изменится. Поэтому, после завершения воздействия единичного сигнала, одновибратора 36 первого из распределителей сигналов запуска, формирователь 35 сформирует из заднего фронта сигнала одновибратора Импульс. Этот импульс через деблокированный ключ 32 (передача его через элемент И 31 блокирована) поступает в пепь запуска распределителя 4, переключает его и на его первом выходе сигнал становится нулевым. При этом на соответствующем кодовом входе ПЕКН появляется нулевой сигнал и напряжение ПЕКИ после завершения д€,йствия одновибратора- 36 остается уменьшенным на одну ступень. Таким рбразом, достигается проверка напрдв.ленйн -рассогласования до п..«5реключения декадного распределите;ля. Это обеспечивает йо.стоянное превышение напряжением ПЕКН уровня измеряемой величины, необходимое по условиям уравновешивания. Далее уменьшение напряжения ПЕКН идентичными ступенями происходит аналогичным образом. Если по мере уменьшения напряжения ПЕКНступенями данного разряда с началом воздействия .очередного сигнала одновибратора 36 копаратор 2 зафиксирует, что измеряемая величина больше установленного напряжения ПНКН, то изменение при этом выходного сигнала компаратора .(это изме.нение передается через деблокированный элемент И 20 на вход 14 соответствующего распределителя. 9.) вызывает переключение триггера 34 данного распределителя сигналов запуска. С переключением этого триггера в исходное состояние вновь блокируются К.ЛЮЧИ ,32 и 33, что исключает в пос- . ледующем запуск одновибратора 36 данного распределителя 9 и передачу импульса формирователя 35 в цепь запуска соответствующего декадного распределителя (в данном случае старшего разряда), а также блокирует связанный с этим -распределителем соответствующий элемент И 20. Одновременно с переключением триггера 34 выходной сигнал элемента И-НЕ 30 данного распределителя вновь становится единичным, причем до завершения действия единичного сигнала возбужденного одновибратора 36. Это, в свою очередь, приводит к восстановлению предыдущего значения напряжения ПЕКН,, уменьшенного ыа ступень с началом действия одновибратора 36, и к восстанов.лению единичного сигнала компаратора 2. Тем самым завершается уравновешивание в пределах данной декады (старшего десятичного разряда) кода, причем напряжение ПЕКН превы.шает при этом, измеряемую величину. После завершения действия одновибротора 36 импульс с выхода формирователя 35 через деблокированный тригером 34 элемент И 32 поступает ;на выход 12 данного распределителя сигналов запуска и далее на. вход 15 соседнего распределителя сигналов запуска, управл$пощего перекгаочением декадного распределителя соседнего, первого из промежуточных разрядов. В этом (втором) распределителе сигналов запуска переключается триггер 34, выходным сигналом которого одно временно деблокируется элемент И 20 в цепи его входа 14, Изменение сигн ла компаратора 2 воздействует тепер только на данный распределитель 9. Далее процесс уравновешивания повто ряется аналогично описанному, но с уменьшением на величину ступеней цанногопромежуточного разряда. . -. -. .:Если С выключением всех девяти ступеней данного разряда, установлен ное напряжение ПЕКН превышает значение измеряемой величины, то при изменении единичного значения сигна .ла последнего из разрядов данного декадного распределителя на нулевое в формирователе 21 фо лшруется импульс, который воздействует на вход 15 распределителя сигналов запуска, втравляющего декадным распределителем соседнего младшего разряда (передается через элемент ИЛИ 19) аналогично сигналу запуска. Одновре менно указанное изменение сигнала последнего разряда декадного распре делителя вызывает изменение значени выходного сигнала соответствующего элемента И 20 с единичного на нуле вое, что приводит, в свою очередь, переключению триггера 34, распределителя 9 (к которому присоединен данный элемент И 20) и к блокирован элемента- И. 20. Тем самым завершаетс уравновешивание в пределах данной декады. . Описанным образом выполняется уравновешивание последовательным уменьшением напряжения ПЕКН ступенями различных разрядов, при этом декадные распределители переключают ся таким образом, что напряжение ПЕК на уровне старшего и промежуточных разрядов превышает измеряемую величину. После завершения уравновешивания с точностью до предпоследнего младш го разряда, соответствующим сигнало последнего из распределителей 5 переключается триггер 23, деблокиру ключ 22 и элемент И 20 в его цепи запуска фиг. 1 . Изменение напряжения ПЕКН ступенями младшего разряда выполняется непосредственно тактовы-ми сигналами генератора 1-8, поступающими через деблокированный 22 на вход декадного распределителя 6. Когда напряжение ПЕКН становится равным измеряемой величине или меньше ее с точностью до единицы младшего азряда кода, сигнал компаратора 2, изменяется на нулевой, что приводит К переключению триггера 23 и блокированию передачи тактовых сигналов через ключ 22. Одновременно изменение сигнала триггера 23 вызывает переключение триггера 24, выходной сигнал торрго является сигналом конца изме- . рения (шина 25). Триггер 23 может переключаться также к. сигналом последнего разряда декадного распределителя 6, т.е. когда значение младщего десятичного разряда кода измеряемой величины становится нуледаым. Если при этом эиа-чеиие выходного сигнала компаратора не изменяетея на .нулевоег то сигнал на выходе элемента Й-Н;Е 27 в цепи триггера 24 становится нулевьм. Этот Факх роворйт об Ьша&ке преобразова- . ния ио4;о;бражается нулевым сигналом на авдкбйе элемента И 23, т.е. на шине 29, ,. .-. Яравиданость уравновешивания на ypQBHEt остальнЕскп- старших разря:ДС в jtojja конгройируется следующим образом. Так как частота тактовых сигналов -постоянна, то время уменьшения напряжения ПЕКН на величину девяти ступеней (декаду) данного разряда не превышать .су|Ф1ы периодов девяти тактовых сигналов. С началом уравно- . вешивания на уровне ступеней данного разрйзда кола сигналом запуска данного распределителя 9, поступакядим на его вход 15, одновременно начинается и формирование временного, интервала соответствующим формирователем 26. Временной интервал задают равныч не менее, чем девяти периодам тактовых сигналов. Формирователь 26 может быть выполнен, например, в- виде одковибратора. В исходном состоянии выходной еигнал элемента-И-НЕ 27 имеет единичное значение, так как на выходе 13 распределителя 9 сигнал при этом нулевой, а выходной сигнал формирователя 26 единичный. С началом уравновешивания в пределах декады данного разряда сигнал на выходе 13 становится единичным (переключается триггер 34 распределителя сигналов запуска), а выходной сигнал формиро-. вателя 26 нулевым. Если за интервал времени сущесгьования нулевого сигнала на выходе формирователя 26 значение сигнала ка выходе 13 распределителя 9 не изменяется на исходное нулевое, (это говорит о том, что в данном декадном распределителе за девять тактов оказалась не включен ной хотя бы одна ступень, и компаратор не зафиксировал при этом изменения знака рассогласования),то пodлe 5 окончания указанного интервала времени сигнал на выходе формирователя 26 вновь становится единичным, а сигнал на выходе соответствующего элемента И-НЕ 27 - нулевым. Поз- Ю тому на выходе элемента И 28 появля|ется нулевой сигнал - признак ошибки и результат преобразования при этом не учитывается. Если сигнал ошибки появляется в нескольких следующих 15

.друг за другом циклах преобразовании-, то этот факт говорит о систематическом отказе/ что требует принятия соответствующих мер. Временный интервал, выдаваемый .формирователем 26, может быть увеличен сверх суммы периодов девяти тактов с тем, чтЪбы исключить влияния возможных сбоев при передаче тактовых сигналов и переключения распределителей и ПЕКН.

Таким образом, пЪвышается достоверность результата преобразования. При этом контроль результата преобразования выполняется параллельно с процессом уравновешивания.