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

ЧР

О5

Ю

да

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий счетчик, два ис- точника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код-напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом автоматического переключателя пределов,первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения полярности и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым.входом управляемого делителя- частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход - с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выводом блока сравнения, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения функцион;альных возможностей преобразователя и повышения его быст- (Л родёйствия, введен накопительный сумматорj первый, вход которого соединен с входами счэтчика и формирователя периода преобразования, второй вход - с первым выходом развер- 2 тывающего счетчика.

ч,

(Puf.l

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматике и контрольно-измерительной технике для преобразования в цифровой код средневыпрямленного, квадратичного переменного напряжения и постоянного напряжения с наложенной на него периодической помехой.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код - напряжение, управляющий код которого соединен с управляющим выходом развертываквдего счет чика, а выход соединен с первым входом блока, генератор тактовых импульсов, счетчик выходного кода, вход которого соединен с выходом элемента И СИ.

Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не обеспечивает измерения среднеквадратичного значения переменного напряжения, а также малое быстродействие.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения,выходы которых соединены с входами преобразователя код - напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход KoiQporo соединен с выходом автоматического пере1слючателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения-гпол} «ости и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с вторым выходо м развертывакщего счетчика, первый выход с входом разв ертывакя4его счетчика, второй выход - с первом входом аиализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения Г2 3,

НедЬстатками устройства являются ограниченные функциональные возмржности, так как оно не позволяет одновременно измерять средневыпрямленное и среднеквадратичное значение переменного напряжения, а недостаточное быстродействие.

Цель-изобретения - райшрение функциональных возможностей преобразователя и повышение его быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразовав

тель, содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код - напряжение, управлюищй вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализа-тора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения полярности и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход - с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, введен накопительный сумматор, первый вход которого соединен с входами счетчика и формирователя периода преобразования, второй вход с первым выходом развертывающего счетчика.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - приведены временные диаграммы его рабо.ты.

Аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 сравнения, преобразователь 2 код - напряжение, источники 3 эталонного напряжения, развертывающий счетчик 4, генератор 5, тактовых импульсов, счетчик б, автоматический переключатель 7 .пределов анализатор 8, формирователь 9 периода преобразованияf управляемый делитель 10 частоты, блок 11 определения полярности, накопительный сумматор 12.

На фиг. 2 обозначены стробир5ющие импульсы 13, сравнение напряжений входного и и опорного Ujjf, 14,

импульсы 15 на первом выходе блока 1, дополнительные стробирующие импульсы 16 в анализаторе 8, импульсы 17 на первом выходе анализатора 8, импульсы 18 на втором выходе блока 1, дополнительные стробирующие импульсы 19 в анализаторе 8, импульсы 20 на втором выходе ангшизатора 8, импульсы 21 после сугФюрования.

В устройстве для получения интегральных характеристик входного сигнала U(t) определяется интервал интегрирования Т, величина самого интеграла. Операция деления интеграла на Т может быть выполнена внешним арифметическим устройством.

Устройство построено по методу цифрового интегрирования, суть которого состоит в формировании опорного напряжения и особого вида - квазислучайная функция с равномерным расположением значений в интервале от . -ЕЭГ(форма приведена на фиг, 2), Периодичность смены значений Ujjn определяется частотой следования импульсов генератора 5, а 4 мгновенные значения UQJ, - положением разрядов счетчика 4 в данный момент. Формируется UOP, с помощью преобразователя 2.

В результате сравнения измеряемого напряжения и с опорным в блоке 1 происходит {свантование измеряемого напряжения. Подсчет числа превьанений измеряемого напряжения над Опорным N дает значение интеграла измеряемого напряжения в виде цифрового кода.

С момента начала преобразования импульсы тактовой частотыс генератора 5 через управляемый делитель 10, коэффициент деления которого в начальный момент равен единице, поступает на развертывающий счетчик 4. Младиие разряды развертывакадего счетчика 4 соединены со старшими весовыми резисторами матрицы R-2R преобразователя 2, Такое подключение обеспечивает формирование опорного напряжения равномерным расположением значений. Преобразуемое напряжение U(t) через автоматический переключатель 7, включенный с коэффициентом деления Кд 8, поступает на вход блока 1. Нд второй вход блока 1 с преобразователя 2 поступает опорное напряжение.

Сравнение напряжений Ujj и VQ , поступающих на входы блока 1,происходит в момент действия коротких стробирующих импульсов 13. На первсм выходе блока 1 на время действия стробов формируются импульсы 15 при и оп втором выходе - импульсы 18 при В анализаторе 8 происходит дополнительное стробиройание импульсами 16 и 19, в результате чего на первом выходе анализатб ра 8 формируются импульсы 17Н, на втором выходе - импульсы 20N, Импульсы 21{м) получаются суммированием импульсов N и и , Таким образом, по форме импульсы Н4 Н К (н) не отличаются друг от друга, поступают каждый по своему каналу.-;

С выхода анализатора 8 импульси по соответствующим каналам поступают одновременно на входы накопитель-г ного сумглатора 12 и счетчика б. При преобразовании постоянного мапряже- НИН с наложенной на него помехой (преобразование среднего значения)

на вход счетчика 6 поступают импульсы N4. при положительном напряжении и импульсы Ы - при отрицательном. В случае, когда уровень периодической помехи превышает среднее значение постоянного напряжения,, на вход счетчика 6, работающего в режиме реверса, поступают импульсы Н и N. В зав 1симости от количественного соотношения импульсов N и

0 М блок 11 выдает информацию о знаке преобразуемого постоянного напряжения в двоичном коде. При преобразовании средневыпрямленного значения переменного напряжения на вход счетчика 6, работающего в ре5жиме суммирования, поступают импульсы модуля (Ы). Одновременно для получения среднеквадратичного значения переменного напряжения импульсы модуля подаются на вход накопитель0ного сумматора 12, на другой вход которого подается, параллельный двоичный код с управляющего выхода развертывающего счетчика 4. с выхода счетчика б и накопительного сумма5тора 12 информация в виде параллельного двоичного кода снимается по команде с внешнего управляющего устройства. Значения кодов определяют величины интегралов Нг- и

0 интервал интегрирования Т. Значение интервала интегрирования в виде параллельного двоичного кода снимается с выхода развертывгиощего счетчика 4,

5

Величина N:, характеризующая интервал интегрирования Т, равна общему количеству тактовых импульсов за период преобразования, которые подсчитываются развертывакидим счетчиком 4. Период преобразования фор0мируется формирователем 9 в зависимости от вида преобразуемого напряжения.

Для этого на формирователь 9 поступают импульсы N., Н для формиро5вания периода преобразЬвания переменных напряжений частоты F 50 Гц, где с юмсяцью этих импульсов формируется момент перехода через нуль с минуса на плюс, синусоидального на(j пряжения.

Работу б|Лока 11 лучше проследить на примере преобразования постоянного напряжения низкого уровня с помехой, пересекающей нулевой уровень.

5 При этом на счетчик б (первые разряды которого реверсивные) поступают то импульсы N то н . Импульсы И; устанавливают триггер блока 11 в положение, соответствующее

0 полярности , и одновременно поступают на шину сложения реверсивного счетчика,.который производит их сложение. Поступающие затем на шину вычитания счетчика импульсы N на5чинают вычитаться на имеющейся уже

в счетчике 6 суммы импульсов Н.Если количество N Н, то к моменту прихода новых импульсов У+ в счетчике еще записано число, -к которому импульсы N4 начинают снова добавляться. Если Н. N4., то при N N4 все ранее сложенные импульсы вычитаются и импульсы N устанавливаюттриггер блока 11 в положение, соответствующее полярности -, и импульсы Ni- идут на шину положения реверсивного счетчика, который работает в режиме сложения импульсов N. Подобные процессы продолжаются до конца преобразования, В каком из положений указатель полярности оказывается в конце преобразования, та информация и вьщается с блока 11, т.е. информации выдается в двоичном коде в зависимости от состояния триггера - указателя полярности.

Возведение в квадрат, т.е. получение значения Ш„„ ь-рсуществляетО ср. Р

ся с помощью накопительного сумматора 12, который реализует выражение

S.. и (2i+l) К.

: .

; Накопительный сумматор может быть выполнен на интегральных компреповадниковых гликросхемах серии 130, 144, 136 согласно OGT 11.340.902-78.

Накопительный сумматор 12 работает следукнцим образом.

Перед началом сумглирования регистры памяти накопительного сумматора 12 и развертываквдего счетчика 4 устанавливаются в исходное кулевое положение . Младшие разряды развертывающего счетчика 4 подключаются к входам старших разрядов накопительного сумматора 12.

Вход младшего разряда накопительного сумматора 12 подключен к источнику +5 В, т.е. на его входе присутствует постойнная логическая 1 и

при каждом сложении кодов происходит прибавление единицы. К следующим входам )Пительного сумматора, начиная с второго, подключены выходы разрядов развертывающего счетчика 4.

В накопительном сумматоре 12 тем самым осуществляется удвоение значений кодов.

Каждый квант развертки, которому .соответствует определенное значение и зафиксирован в развертывающем счетчике 4 в двоичном коде. Коды поступают на первые вхоДы накопительного сумматора 12, складываются с кодами его вторых входов и сумма переписывается в регистр памяти при наличии импульсов N. или N, т.е. когда значение N. Запиi санная в регистре сумма является слагаемым для последуюшег-о прибавляемог числа (кода).

Импульсы переноса с выхода накопительного сумматора 12 поступают в счетчик 6 для их подсчета.

Автоматический переключатель 7 содержит частотно-компенсированные делители,Устройство имеет три предела преобразования с коэффициентами делителя К 1,8,40. Переключение пределов производится автоматически в автоматическом переключателе 7.

Преимуществом данного устройства с накопительным сумматором по сравнению с известным является существенное расширение частотного диапазона в режиме измерения среднеквадратичного значения. Это происходит вследствие того, что накопительный сумматор обрабатывает (возводит в квадрат) импульсы превьвиения с блока сравнения в параллельной форме, с частотой прихода зтих импульсов. Кроме Tqro, введение накопительного /сумматора позврляет одновременно осуществлять режим измерения среднего и среднеквадратичного значения, что было невозможно в прототипе.

qjue-Z