Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к измеритель ной технике и мозкет быть исполоьзовано в телеметрических системах, системах сбора и преобразования информации, в устройствах ввода информации в цифровы вычислительные машины. Известен аналого-цифровой преобразователь, работа которого основана на пре образовании напряжения входного сигнала в частоту следования импульсов и суммировании этих импульсов на интервале преобразования с помощью счетчика Это устройство содержит преобразовател напряжения - частота, выполненный на базе интегратора, счетчик и цифровую схему управления С1 3 Недостатком указанного устройства я ляется низкая точность преобразования, так как его погрешность дискретности составляет плюс-минус две единицы счета,-. . . Наиболее близким техническим решением к изобретению является аналогоцифровой преобразователь, содержащий интегратор, первьтй вход которого соеди- йен с входной шиной, а второй вход через ключ с вьвсодом источника опорного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с общей шиной, первый D -триггер, D чвход которого подключен к выходу компаратора, а вы ход - к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход инвертора, первый счетчик, выход Ktoporp подключен к управляющему входу второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход . которого подключен к С-входу первого D -триггера и к входам инвертора и первого счетчика С 2} . Недостатком этохч) устройства ЯЕ ляется низкая точность преобразования. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что аналого-41кфровой преобразователь, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй - через ключ с выходом источника эталонного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с обшей шиной, первый)-триггер, J) -вход которого подключен к выходу компаратора, а выход - первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход инвертора, первый счетчик, выход которо ГО подключен к управляющему входу второго счетчика, счетный вход которого Лощипочен к ш 1ходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к С-входу первого D -триггера и к входам инвертора и первого счетчика; введены второй и третий -триггеры, сумматор и регистр, управляющий вход которого подключен к выходу первого счетчика и к С-входам второго и третьего В -триггеров, информационные входы - к выходам вторЬго счетчика, а выходы - к первым информационным входам сумматора, управляющий вход которсмх) подключен к выходу второго и к D -входу третьего 3) -триггеров, вторые информационные входы - к выходу третьего D -триггера, а выход - к выходной шине, причем 2)-вход первого D -триггера соединен с D -входом второго D -триггера, а вьвсод - с управяяющим входом ключЕа. На чертеже приведена структурная схема устройства. I Устройство содержит интегратор 1, компаратор 2, первый D-триггер 3, генератор 4 тактовых импульсов, инвертор 5, элемент И 6, ключ 7, источник 8. эталонного напряжения, первый счетчик 9, второй счетчик Ю, регистр 11, второй D -триггер 12, Третий D -триггер 13 и сзтиматор 14. , Первый вход интегратора 1 соединен с входной шиной, а второй - с выходом источника 8 эталонного напряжения через швоч 7. Выход интегратора 1 подключен к tie(M9OMy входу компаратора 2, второй вход соединен с общей шинМ. Выход компаратора 2 подключен к D -входам Т) -триггеров 3 и 12, вы ходы пошслючены соответственно к первому входу элемента И 6 и к 35 -вхору D -триггера 13, а также к управлякядим входам ключа 7 и суммато ра 14. С-вход D -триггера 3 соединен с выходом генератора 4 тактовых импульсов и входами инвертора 5; и счетчика 9. Выход последнего подключен к управляющим ШСОД8М счетчика Ю и регистра 11 и к С-входам D-триггеров 12 и 13. Счетный вход счетчика 10 подключен к выходу элемента И 6, а выходы - к информационным входам регистра 11, выходы которого соединены с первыми информационными входами сумматора 14, вторые информшионные входы которого подключены, к выходу D-триггера 13, а управляхмоий вхоп - к выхооу .Б --тряггвра 12 и к Г-входу D -триутера 13. Устройство работает слепукжщм образом. Входной сигнал поступает на первый вхоп интегратора 1. В интеграторе 1 . npoHcxonHf интегрирование напр$1жения Uvl) входного сигнала. Напряжение U(-t1 на выходе интегратора 1 сравнивается в компараторе 2 с нулевым напряжением. В том случае, если U(t) О, на рыходе к 4паратора 2 вырабатывается лсфиче .кая Я.если О,то на выходе, компаратора вырабатывается логическийО. В те времени, на выходе г«нератора 4 тактсжых импульсов возникает импульс, происходит запись состояния компаратора 2 в D -триггер 3. В том случае, если первый триггер 3 находится в единичном состоянии, открывается ключ Тис выхода источника 8 эталонного напряжения к второму входу интегратора 1 прикладывается эталонное напря жение и , полярность которого противоnwuKKoek полярности входного сигнала. Если D -триггер 3 нгисодится в нулевом состоянии, то KJB04 7 не открывается. С выхода генератора 4 тактовьк импульсов через инвертор 5 на выход элемента И 6 импульсы пройдут только в том случае, если первьхй триггер 3 находится .в единичном состоянии. Таким образом, чем больше напряжение входного сигнала, тем чаще D-триггер 3 будет находится в состоящий логической 1 и, соответственно, тем больше будет частота следования импульсов на выходе элемента И 6 т Л( Км t« где N(j4 - число импульсов в двоичной последовательности. А (-I), приходящееся на интервал преобразоЕ ания о. Код числа NQ, образуется во втором счетчике 10 в конце интервала преобразо вания tjj, -to Т и переписывается р регистр 11 по импульсу с выхода первого счетчика 9. Левая часть соотношения (1) является преобразуемой величиной - средним значением напряжения входного сигнала и( интервале преобразования I о В правой части соотношения (1) записаны результаты преобразования (первое слагаемое в фигурных скобках) и дополнительное слагаемое, которое определяется разностью напряжений на выходе 10 524 С выхода генератора 4 тактовых импуЛьсов импульсы с периодом повторения f поступают также на вход первого счетчика 9, коэффициент пересчета {соторого равен N , Число N определяет число разрядов NP второго счетчика Ю,. регист ра 11, сумматора 14 и, следовательно, всего устройства в целом : Першлй счетчик 9 формирует короткие импульсы, период следования которевс равен длительности интервала преобразования: Т NT . Перед началом каждого нового интервала преобразования по импульсу с выхода первого счетчика 9 содержимое второго счетчика 10 переписывается в регистр 11 и второй счетчик 10 сбрасывается в нуль. В течение интервала преобразования второй счетчик 10 подсчитывает число импульсов в двоичной последовательности A(t) на шлходе элемента И 6. В любой момент времени t напряжение и( на выходе интегратора 1 оттределяется t. U( U,(t)-UA((tJ, где л - произвольный момент времени ( о п ). fp - постоянная времени интегратора 1; Ux(t)- напряжение вхсчшого сигнала. Обозначив через tn начало интервал1э преобразования, а через + T конец этого интервала, можно записать соотношение (о-)-%й|, (:) интегратора 1 в начале и в конде интервала преобразования. При условии ,, где и max максимальное значение напряжения входного сигнала, напряжение UH) на выходе интегратора в установившемся режиме будет изменяться в диапа иг иг Поэтому втоГяГ-рое слагаемое в фигурных скобках соот ношения (1) может принимать значения в диапазоне -2, +2 , т.е. число N(-4 с точностью цо i2 j позволяет определить среднее значение напряжения Uy (t) входного сигнала на интервале преобразования. В прецложенном устройстве в конце каждого интервала .преобразования

по импульсу с выхода первого счетчика 9 напряжения U(tp 4Т) с выхода компаратора 2 записывается во второй D -триггер 12, а знак напряжения uHp переписывается с выхода второго Р -триг гера 12 в третий ) -триггер 13. Если состояние второго D -триггера 12 совпадает с состоянием третьего D -триггера 13, то мопупь второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (1) не превышает единицы. В этом случае код числа Mj.y проходит с выхода регистра 11 на выход сумматора 14 без изменения. Р-йствитепьно, если оба триггера находятся в нулевом состоянии, то на второй вход и на вход переноса сумматора 14 поступят нули, что не приведет к изменению кода числа Ncц . Если же оба триггера находятся в единичном состоянии, то на второй вход сумматора 14 поступит число -1, а на вход переноса поступит число , что также не приведет к изменению кода числа . Если состояния второго Г -триггера 12 и третьего

Р -триггера 13 различны, то это означает, что модуль второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (1) может достигать величины 2, Иначе говоря, произошло либо избыточное подключение источника 8 эталонного напряжения через ключ 7 к второму входу интегратора 1 (состояния триггерров, соответственно, О, 1), либо его недостаточное подключение (состояния триггеров, соответственно, 1 и О). В первом случае необходимо вычесть из числа NCH единицу, а во втором случае необходимо к числу NCM добавить единицу, т.е. скорректировать N.. в сторону.

противоположную знаку второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (1). Прибавление и вычитание единицы из чкспаЫ ц происходит в сумматоре 14 следующим образом. В первом случае на второй вход сумматора 14 поступает число -I, поскольку на все разряды второго входа сумматора 14 поступают логические 1, а на вход переноса сумматора 14 поступает логический О. В результате происходит вычитание единицы из числа NCM .Во втором случае на второй вход сумматора поступает число О, поскольку на все разряды второго входа сумматора 14 поступает логический О, а на вход переноса сумматора 14 поступает логическая 1, что равносильно прибавлению числа +1 к числу N,

сч В результате происходит прибавление единицы к числу . Таким образом, при любых состояниях второго D -триггера 12 и тритъего D -триггера 13, которые определяются знаком напряжения U(t1 на вьщоде интегратора 1, соответственно, в конце и в начале каждого интервала преобразования, величина ошибки преобразрвания не превышает по модулю единицы, т.е. скорректированное число Nf. с точностью по + (J/N позволяет определить среднее значение напряжения Ux (t) входного сигнала на интервале преобразования.

Таким образом, благодаря коррекции числа, накопленного в счетчике 1О в соответствии со знаками напряжения на выходе интегратора 1, максимальная погрешность дискретности снижается вдвое, т.е.ввдение предложенных отличий позволяет повысить точность преобразования.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, первый .вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - через ключ с выходом источника эталонного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с обшей шиной, первый D -триггер, D -вход которого подключен к выходу компаратора, а выход - к первому входу элемента И, к второму вх.оау которого подключен выход инвертора, первый счетчик, выход которого подключен к управляюшему входу второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к С-входу первого D -триггера и к входам инвертора и первопо счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй и третий D -триггеры, сумматор и регистр, управляюший вход которого подключен к выходу первого счетчика и к С-входам второго и третьего D -триггеров, информационные входы - к выходам второго счетчика, а выходы - к первым информационс € ным входам сумматора, управляющий вход которого подключен к выходу второго и к р -входу третьего D -триггеров, вторые информационные входы - к выходу третьего D -триггера, а выход - к выходной шине, причем D -вход первого D-триггера соединен с D -входом второго: D -триггера, а выход - с управляющим входом ключа. сд О) 4ib сл tc