Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования цифровых величин в аналоговые, а также в автомати- ческих системах подгонки номиналов весовых резисторов резистивных делителей напряжения.

Известен цифроаналоговый преобразователь, содержащий регистр входного кода, ключи, резистивный делитель, компараторы, источник опорного напряжения и генератор пилообразного напряжения Cl

Однако для контроля устройства используются аналоговые прецизионные блоки, качество работы которых зависит от многодестабилизирующих факторов например, температуры.

Известен также цифроаналоговый преобразователь СЦАП J, содержащий источник опорного напряжения, регистр, первый цифровой коммутатор, блок ключевых элементов, резистивный делитель , операционный усилитель, блок логических элементов и блок управления, первый выход которого соединен с входом регистра, второй выход - с первым входом блока логических элементов, выход которого подключен к контрольному выходу устрой-, ства, второй и третий входы - соответственно к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходом регистра, четвертый вход - с третьим выходом блока управления, выход - с первым входом блока клю-. чевых элементов, выход которого че-. рез резистивный делитель подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной шиной устройства Сз,

Недостатком данного устройства является то, что точность определения кода погрешности нелинейности выходной характеристики резистивного делителя напряжения, который используется в блоке эталонных величин, ограничена чувствительностью и стабильностью аналогового блока выделения разности, подверженного воздействию помех и по шинам питания.

Цель изобретения - повышение точности определения кода погрешности.

Указанная цель достигается тем, что в цифроаналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, регистр, первый цифровой коммутатор-, блок ключевых элементов, резистивный делитель, операционный усилитель, блок логических элементов и блок управления, первый выход которого соединен с входом регистра, второй выход - с первым входом блока логических элементов , выход которого подключен

к контрольному,выходу устройства, второй и третий входы - соответственно, к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходом регистра, четвертый вход - с третьим .выходом блока управления, выход - с первым входом блока ключевых элементов, выход которого через, резистивный делитель подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной шиной устройства, введены генератор импульсов, второй цифровой коммутатор, два одновибратора, два 5 счетчика, блок сравнения кодов, блок уравновешивания и аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, вход - с выходом источника опорного напряжения, первый выход - с вторым входом блока ключевых элементов, второй выход с входом генератора прямоугольных . импульсов, первый выход которого подключен к первым входам счетчиков, второй выход - к первому входу второго цифрового коммутатора, цервый .выход которого через первый одновибратор соединен с вторым входом первого счетчика, второй выход через второй одновибратор с вторым входом второго счетчика, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кодов, второй вход I которого соединен с выходом первогр счетчика, а выход - с входом блока управления, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими входами первого и второго счетчиков, седьмой выход - с вторым входом второго цифрового коммутатора, восьмой выход - с входом блока уравновешивания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и вторсяну входам блока логических элементов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Цифроаналоговый преобразователь содержит входную шину 1, регистр 2, блок 3 уравновешивания, первый цифровой коммутатор 4, источник 5 опорного напряжения, аналоговый коммутатор 6, блок 7 ключевых элементов, резистивный делитель 8, операционный усилитель 9, генератор 10 импульсов второй цифровой коммутатор 11, первый одновибратор 12, второй одновибратор 13, первый счетчик 14, второй счетчик 15, блок 16 сравнения кодов, блок 17 логических элементов, блок 18 управления. Вход 1 цифроаналогового преобразователя является информационным, через который на первый вход регистра 2 поступает цифровой код. Выход 5 регистра 2 соединен с первым ин-

ормацио.нным входом первого цифроого коммутатора 4, первый и второй ыходы блока 3 уравновешивания соеинены, соответственно с. вторым и ретьим информационными входами перого цифрового коммутатора 4 и перым и вторым входами блока 17 лоических элементов, выход которого вляется контрольным выходом 29 ифроаналогового преобразователя, на котором формируется цифровой код огрешности весового резистора резистивного делителя напряжения. Выод источника 5 опорного напряжения подключен к информационному

входу аналогового коммутатора 6 первый выход аналогового коммутатора. 6 подключен к входу генератора 10 импульсов, второй выход аналогового коммутатора 6 подключей к информационным входам блока 7 ключевых элементов, управляющие входы блока . 7 ключевых элементов соединены с выходом первого цифрового коммутатора 4, Выходы блока 7 ключевых элементов подключены к входам резистивного делителя 8, выход которого подключен к входу операционного усилителя 9. Выход операционного усилителя 9. является выходом цифроаналогового преобразобателя 19, на котором формируется аналоговый эквивалент вхЫдной кодовой ксяибинации. Первый выход генератора 10 импульсов соединен с первыми информационными входами первого 14 и второго 15 счетчиков, второй выход генератора 10 соединен с информационным входом второго цифрового коммутато- . ра 11.

Первый выход второго цифрового коммутатора 11 соединен с входе первого одновибратора 12, выход одновибратора 12 соединен с вторым в информационным входс 1 первого . счетчика 14, второй выход блока 11 соединен с входом второго одновибратора 13, выход одиовибратора 13 соедин1ен с вторым информационные входом второго счетчика 15. Выход первого счетчика 14 и второго счетчика 15 соединены соответственно с nepBWf и BTOpM-i входами блока 16 сравнения, выход которого соединен с входсм блока 18 управления. Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока 18 управления соединены соответственно с вторым входом регистра 2, управляющим входом первого цифрового коммутатора 4, входом блока 3 поразрядного уравновешивания, управляющим входом второго цифрового коммутатора 11, управляющим входом блока 17 логических элементов, управляющим входом второго счетчика 15, управляющим

входом первого счетчика 14 и управляющим входом аналогового ком-, мутатора б.

Блок 18 управления обеспечивает функционирование устройства. Цифроаналоговый преобразователь работает в двух режимах: режиме метрологического контроля и режиме непосредственного преобразования входного цифровогокода в аналогичную величину.

В процессе метрологического контроля линейности выходной характеристики производится определение величины отклонения веса i-го разряда от требуемой величины и ее регистрации.

К кодам, с иррациональными основаниями относятся р -коды Фибоначчи и коды золотой р-пропорции.

в кодах Фибон-аччи любое действительное число можно представить в виде 00

. . (

где c(g - двоичная цифра;

Чр(е)- вес 6-го разряда (число

Фибоначчи},

р - параметр кода {0,1,2...J. В кодах золотой р-пропорции любое действительное число можно представить в виде

4-вО

-.,

где ер - двоичная цифра;

0 - вес В -го разряда;

р - параметр кода {0,1,2.... Характернойособенностью данных кодов является неоднозначность представления цифровой информап.ии,

т.е. одному результирующему числу может ставиться в соответствие определенное число различных кодовых комбинаций. .

В режиме метрологического кон.тррля njjTeM уравновешивания i ,-го поверяемого разряда группой более младших разрядов при условии, что эти разряды удовлетворяют своим техническим требованиям, выполняется формирование кода погрешности t-ro поверяемого разряда. Данный код погрешности фиксируется на втором выходе 19 цифроаналогов ого преобразователя.

Предположим, что i-и разряд имеет отклонение от идеального веса. Процедура контроля, при условии, что все разряды младшие точные, будет проходить следующим

образом.

По сигналу блока 18 управления на первом выходе блока.3 уравновешивания сформируется код с одной, единицей в i-м разряде. Через блок

4 эта кодовая комбинация подается

на управляющие входы блока элементов ключевых элементов.При этом сформируется значение входного сопротивления резистивного делителя 8, соответствующее входной кодовой комбинации, которое через аналоговый коммутатор б подключается к управляюиему входу генератора 10 импульсов. На первом (низкочастотном } выходе генератора импульсов будут формироваться импульсы с периодом следования, зависящим от входного сопротивления резистивного делителя 8. Этот импульс с большим периодом через второй цифровой коммутатор 11 по команде блока 18 поступает на вход первого одновибратора 12, который осуществляет выделение периода низкочастотной последовательности импульсов и подачу его на второй информационный вход первого счетчика 14. На первый информационный вход счетчика 14 постоянно поступает последовательность прямоугольных импульсов с второго выхода генератора 10. Заполняется первый счетчик 14 при первом совпадении единичных сигналов нп своих первом и втором информационных входах, и заканчивается заполнение счетчика 14 при отключении единичного уровня от его второго информационного входа. Таким образом, в первом счетчике 14 формируется кодовая комбинация, соответствующая входному сопротивлению резистивного делителя 8 при кодовой комбинации, сформированной на первом выходе блока 3.

По команде блока 18 управления на втором выходе блока 3 сформируется кодовая комбинация, содержащая одну единицу в (i-lj-м разряде. Эта кодовая комбинация через первый коммутатор 4 поступит на управляющие входы блока 7 и сформируется новое значение входного сопротивления резистивного делителя 8, Это сопротивление через аналоговый коммутатор б подключается к входу генератора 10, на первом выходе которого будет формироваться низкочастотная последовательность прямоугольных импульсов с периодом, пропорциональным входному сопротивлению резистивного делителя 8. Эта последовательность через второй цифровой коммутатор 11 подается на вход второго одновибратора 13, на выходе одновибратора 13 выделяется период следования низкочастотных импульсов в виде единичного уровня, .который исключается к второму информационуому входу второго счетчика 15 г и происходит заполнение второго счетчика 15 аналогично заполнению первого счетчика 14. В результате, во втором счетчике 15 формируется кодовая комбинация, соответствующая входному сопротивлению резистивного делителя 8 и кодовой комбинации, сформированной на втором выходе устройства 3. 5 В блоке 16 сравнения происходит сравнение содержимого первого 14 и второго 15 счетчиков. Результат сравнения поступает .на вход блока 18 управления. Если содержимое

0 первого счетчика 14 болыче содержимого второго счетчика 15, то по команде блока 18 на втором выходе устройства 3 формируется следующая . кодовая комбинация, содержащая еди5 ницы B(i-l/-M и {t-2)-M разрядах, второй счетчик 15 обнуляется и повторяется процедура его заполнения Если в результате нового сравнения содержимого первого 14 и второго 15 счетчиков окажется, что содержимое первого счетчика 14 больше, то по команде блока 18 происходит формирование новой кодовой комбинации на втором выходе устройства 3, содержащей единицы в (i-l)-M

(i-2 )-м и (i-3 -м разрядах, обнуление второго счетчика 15 и производится новое его заполнение.

Если содержимое первого счетчика 14 окажется меньше содержимого вто0 рого счетчика 15, то на втором выходе устройства 3 сформируется кодовая комбинация, содержащая единицы

B(i-l)-M и (i-3)-M разрядах, второй счетчик -15 обнулится и произой5 дет его новое заполнение.

Аналогичные действия по уравновешиванию кодовой комбинации, сформированной на первом выходе блока

0 3, будет продолжаться до тех пор,

пока не будет зафиксировано равенство содержимого первого 14 и второго 15 счетчиков. Это равенство будет означать равенство входных .соf противлении блок 8 при подаче на его вход различных кодовых комбинаций, сформированных на первом и втором выходах устройстйа 3, причем на первом выходе формируется кодовая комбинация, содержащая единицу в

поверяемом разряде Г, а на втором выходе - уравновешивающая ее кодовая комбинация.

В следующий такт времени по ко5 манде блока 18 управления на блоке 17 логических элементов производится вычитание уравновешивающей кодовой комбинации, поступающей на второй вход блока 17, из кодовой комби0 нации, поступающей на первый вход блока 17 с первого выхода блока 3. Результат вычитания является кодом погрешности веса i-го разряда. Этот результат поступает на выход 19 с дифроаналогового преобразователя.

Таким образом, по сравнению с известными устройствами, введение в данный ЦАП новых элементов позволяет значительйо повысить точность определения кода погрешности разряда в широком диапазоне температур.

ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, регистр первый цифровой коммутатор, блок ключевых элементов, резистивный делитель, операционный усилитель, блок логичест . ких элементов и блок управления, первый, выход которого соединен с входсм регистра, второй выход - с первьа входом блока логических элементов, выход которого подключен к контрольному выходу устройства, второй и третий входы - соответственно к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходе регистра, четвертый вход - с третьим выходе блока управления, выход - с первым входом блока ключевых элементов, выход которого через резистивный делитель подключен к выходу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной шиной устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения кода погрешности, в него введены генератор импульсов, второй цифровой коммутатор, два одновибратора, два счетчика, блок сравнения кодов, блок уравновешивания и аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, вход - с выходом источника опорного напряжения, первый выход - с вторым входом блока ключевых элементов, второй выхрд - с входом генератора прямоугольных импульсов , первый выход которого подклю- , чен к первым входам счетчиков второй выход - к первому входу второго «Л цифрового коммутатора,:первый выход которого через первый одновибратор соединен с.вторым входом, первого счетчика, второй выход через второй одновибратор - с вторым входом второго счетчика, выход которого подключен к первс у входу блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а О1 выход - с входом блока управления, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими вхо Дс1ми первого и второго счетчиков, седьмой выход - с вторым входом вто рого цифрового коммутатора, восьмой выход - с входом блока уравновешивания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первсялу и второму входам блока логических элементов.