Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем Советский патент 1985 года по МПК H03M1/06 

упра1шения выполнен на генераторе тактовых импульсовJ двух элементах НЕ, элементе НЕ-ШШ, элементе tUIH-HE двух элементах И-ИЕ, двух Р9 триггерах, первые входы первого и второго Р&-триггеров и элемента НЕ-И.Ш1 объединены и соединены с выходом первого элемента И-НЕ, который является вторым выходом блока управления, второй вход элемента объединен с вторым входом первого Р5-триггера и соединен с вькодом элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого являются соответственно первым и третьим входами блока управления., выход первого Р5-триггера является третьим выходом блока управления и соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которогообъединенс первым входом второго элемента И-НЕ и соединен с выходом первого элемента НЕ, вход которого является вторым входом блока уя15авления5 четвертый выход которого является выходом второго Нё триггера и соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, а второй вход второго R5 -триггера соединен с вьгходом второго элемента И-НЕ и является пятым вьгходом блока управления, первым выходом которо-го является выход генератора тактовых импульсов, а шестой выход - вькодом второго элемента НБ, вход которого соединен с выходом элеме}1та

3, Преобразователь по п,, о т личающийся тем, что блок

9380.5

.лналяза результатов выполнен на грех элементах НЕ, трех элементах И, элементе ИЛИ дзухразрядком лп./ич-ном счетчике, оорми;гил5ателе и :;;v;:т. сов и D -триггере, первый кхоп торозо являе-тся третр,им входом блока анализа результатов к через iiopijinn элемент НЕ объединен с вторым вхоцом -О -триггера 5 третий вхол, к ггорого является вторьк 1 вход; -. бпок; анализа результатов а выход сое;1Инен соответственно с первым-ц .входами первого элемента И, элемента lllH. входом второго элемента lUi, лерги.м вх од ом д зухр а з ря д ь: о г о д в оич si о г о счетчика J второй вход которог-- льляется первым входом блока аиа}г-;; результатов, а первый выход гссдине;; с первым входом второго эле -:е}г:а И второй вь1ход соединен с рбьсдине; ными вторыми входами второ)о э.г-.- ента И; элемента РШИ и nepBhi s ;KO;IOH третьего элемента И и являотс;я U pвьм выходом блока анализа ptjsj-льтятов, второй вход третьего (;;гга И соединен с выходом второ; ;i эле.че.:та НЕ, а выхо;. ит-орого я ретьегп элементов И, элемента ИЛИ , ;гл.)Го:: выход двоичного счетчика .) соответственно тpc;iьим i ;3h;x;v ;;v:n б-ока анализа результатов „ а j;/-ixnj-- j roрого элемента И через тр;л:Л;:; зломент НЕ соединер с итпрьг - первого элементе И, Bh::-;ivi KOTopfjro соединен с входом фopмиpoвareл.г кмnyjibCOBj вьсчод когорого я.яляется вторым вьжодом блока аиа;;изп резу:1ьTaroTi,

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С. CAt-IOKOHTPOJlEM, содержащий инвертирующий усилитель, .аналоговый сумматор, первый и второй ключи, блок сравнения, преобразователь код - напряжение, регистр последовательных приближений, регистр памяти, цифровой сумматор, блок сравнения кодов и блок управления, первый вход которого является шиной Пуск, первый выход соединен с первым входом регистра последовательных -при- . ближений, первьй вход блока сравнения кодов является шиной эталонного кода, а второй вход соединен с выходом цифрового сумматора, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, а в.торой вход объединен с первым ..входом регистра памяти и входом преобразователя код - напряжение и соединен с первым выходом регистра последовательных приближений, выход преобразователя код напряжение соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с первого и второго ключей, первый вход первого ключа является входной шиной и объединен с входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого является шиной эталонного сигнала, а выход соединен с первым входом второго ключа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что с целью повышения надежности контроля работы, в него введены блок анализа результатов и мультиплексор, первый вход которого Соединен с выходом блока сравнения, а выход - с вторым входом регистра последовательных приближений, второй выход кото.рого соединен с вторым входом блока управi ления, третий вход блока управления и второй вход мультиплексора соеди(Л нены соответственно с первым и вторым выходами блока анализа результатов, третьи выходы которого являются шинами результатов контроля и диагностики, а первый вход - шиной установки, второй вход соединен с выходом бло.ка сравнения кодо.в, при;о чем второй выход блока управления со соединен с вторым входом регистра 00 .памяти, третий выход - с объединено сд ными вторым входом первого ключа и третьим входом мультиплексора, чет-. вертый выход - с вторым входом второго ключа, пятый, выход соединен с объединенными третьими входами блока сравнения кодов и блока анализа результатов и является шиной Конец преобразования, шестой выход соединен с третьим входом регистра последовательных приближений, при этом выход регистра памяти является ши ной выходного кода. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок

Изобретение относится к электроиэмеритапьной и вычислительной технике и может быть использовано при создании аналого-цифровых преобразователей с повьшенными требованиями к надежности.

изобретения является повышение надежности контроля работы преобразователя.

На фиг,1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 - диаграмма раооты чсостояний) устройства; на фиг.З - структурная

электрическа.1 с:кема блока упранлснилна фиг, 4 - с; ; уктур 1ая электричоская Ьхема блока анализа резулт тату}, Устройст1зо с одержи IT лна.кOFibifi

1 н дискретный .2 блоки, при этом аналоговый блок 1 содержит ир1вертирующрш усилитгпь 3 эналогоя :)й суьз матор ,, клю.и S к &. блок 7 сраннсння и преобразовател) 8 код - напряжение, дискретьл;Ш блок 2 содержит мультиплексор 9, регистр 10 псслсдо-вательных приближений, блок I1 управления, Гегтг;:тр 12 ггамяти ли3фровой сумматор 13, блок 14 сравнения кодов и блок 15 анализа результатов. К входам ключа 5 и усилителя 3 подключено преобразуемое напряжение и у , Первый вход блока 11 соеди нен с шиной Пуск. Эталонное напряжение 0 поступае на второй вхоп, аналогового сумматора 4, а эталонный коди,- на первый вход блока 14. Выходной код N с выхода регистра 12 поступает на.выходную шину и первый вход цифровог сумматора 13. Результаты контроля к(к, Kg) и диагностики d(d, dg) поступают на шину результатов контроля и диагностики с второго выход блока 15, на первый вход которого поступает сигнал Установка О. Второй вход блока 7 через ключи 5 и 6 соединен с входной шиной и выходом сумматора 4, первый вход кото рого присоединен к выходу инвертиру ющего усилителя 3. Первый вход блока 7 сравнения соединен с выходом преобразователя 8, вход которого со единен с первым входом регистра 12, вторым, входом цифрового сумматора 1 и первым выходом регистра 10, второ выход которого присоединен к втором входу блока 11 первый вход - к первому входу блока 11, а второй вход к выходу мультиплексора 9. Первый вход мультиплексора 9 соединен с вы ходом блока 7, второй вход - с вторым входом ключа 5, а третий вход с первым выходом блока 15. Второй вход блока 15 присоединен к выкоду блока 14, второй вход которого соединен с выходом цифрового сумматора 13. Второй выход блока 11 присоединен к второму входу регистра 12, третий выход - к вторым входам ключ 5 и мультиплексора 9, четвертый выход - к второму входу ключа 6, пятый выход - с третьим входам блоков 14 и 15 и шине Конец преобразования . На фиг.2 обозначены: кружки - со стояния АЦП, стрелки - возможные переходы его из состояния в состояние, при этом Р - рабочее состояние АЦП, К - состояние контроля достоверности результата АЦП входного сигнала (Jx , ЦК - состояние повторного контроля, Д - состояние диагно тики неисправного ла АЦП, В - состояние восстановления работоспособ ности АЦП. Состояния Р и К (обведены пунктирной линией) представляют 5 единое состояние АЦЦ, повторяющееся при каждом преобразовании напряжения Оу . Блок 11 управления (фиг.З) содержит элемент НЕ 16, элемент НЕ-ИЛИ 17, элемент ИПИ-НЕ 18, генератор 19 тактовых импульсов, RS -триггер 20, элемент И-НЕ 21, элемент НЕ 22, элемент И-НЕ 23 и RS -триггер 24. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 18 соединен с шиной Цуск, второй вход - с третьим входом блока 11, первый вход R5 -триггера 20 - с первым входом Н5-триггера 24, второй вход - с выхо.дом элемента ИЛИ-НЕ 18, а выход с первым входом элемента И-НЕ 21 и третьим входом блока 11, второй выход которого соединен с первым входом элемента НЕ-ИЛИ 17, выходом элемента И-НЕ 21 и первым входом RS триггера 20, выход элемента ИЛИ-НЕ 18 соединен с вторым входом элемента НЕ-ИЛИ 17, выход которого соединен с входом элемента НЕ 16, выход которого Соединен с шестым выходом блока 11. Выход генератора 19 соединен с первым выходом блока 11, второй вход которого через элемент НЕ 22 соединен с вторым входом элемента И-НЕ 21 и первым входом элемента И--НЕ 23, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 11 и выходом R5-триггера 24, а выход с пятым выходом блока 11, вторым входом R5 -триггера 24 и шиной Конец преобразования. I Блок 15 (фиг.4) содержит) -триггер 25, элемент НЕ 26, формирователь 27 импульсов, элемент И 28, двухразрядный двоичный счетчик 29, элементы НЕ 30 и 31, элемент ИЛИ 32 и элементы И 33 и 34. Первый вход D -триггера 25 через элемент НЕ 26 соединен с своим вторым входом и непосредственно с третьим входом блока 15, а выход - с первым входами элементов 28, 32 и 30 и двухразрядного счетчика 29, второй вход которого соединен с первым входом блока 15, а выходы с первым и вторым входами элемента И 33, второй вход которого соединен с вторым входом элемента и первым входом элемента И 34, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 30, выходы элементов 32-34 и второй вход элемента ИЛИ 32 соединены с выходами блока 15, выход элемента И 34 через элемент НЕ 31 Соединен с вторым входом элемента S И 28, выход которого через формирователь 27 соединен с выходом блока 15 и вторым входом элемента НИИ 32 второй вход блока 15 соединен с третьим входом D -триггера 25. Преобразователь работает следующим образом. После окончания очередного цикла аналого-цифрового преобразования входного сигнала U (состояние Р, фиг,2) и контроля результата преобразования (состояние К) на игину результатов контроля и диагностики поступают сигналы контроля к(к,к При достоверном результате прео.бразования и исправном устройстве сигналы принимают следуюш;ие значения: и . При этом ключи 5 и 6 находятся в разомкнутом состоянии и на их входы соответственно поступают входной сигнал И у и тестовый сиг нал LJ - и , где LI .j - эталонный сигнал, по величине равньй пределу преобразования устройства. Очередным импульсом Пуск запус кается блок 11, а затем замыкается ключ 5 и на второй вход блока 7 поступает входной сигнал IJ . . При этом 1 1ультиплексор 9 обеспечивает поступление выходного сигнала блока 7 на первый вход р егистрй. 10. С помощью блоков 7,8 и 10 осуществляется аналого-цифровое преобразование сигнала (Jy согласно алгоритму поразрядного уравновешивания. На выходе регистра 10 получают результат преобразования N,-- а (/,;-( А X ) где я - коэффициент преобразования устройства; погрешность преобразования П.о команде блока 1 1 код переписы вается из регистра 10 в регистр 12 а такке осуществляется размыкание ключа 5 и за.Пзжание ключа 6. При этом ыа первый вход блока 7 поступа ет тестовый сигнал ЬЧ g, которьш пре образ ется аналогично сигналу ) у . Результат преобразования B «U,,i,3, где . - погрешность преобразования и суммируется с кодом N j- , храняЕщмся в регистре 12, с помощью цифрового сумматора 13. Результат операции суммирования . N, + i,.i.N,,,&,, где ; 1 - суммарная погрелпюсть устройства 5, 5 поступает на второй вход блока 14, на первый вход которого подан эталонный код N В блоке 1 осуществляется сравнение N и N ,.,,. с точностью до максимально допустимой погрешности устройства/Л и результат сравнения 1 при . .L° Р е ,ймакс , поступает на второй вход блока 15. При 5 0 результат преобразования считается достовернь м и с второго выхода блока 15 на шину результатов контроля и диагностики поступает сигнал (при этом к, 0у с, 0 ), и в дальнейшем устройство работает по обычному алгори- му (стрелка , фиг.2). При Ь 1 результат MX считается недостоверным, о чем свидетельствует появление сигнала к 1 (k,,0,d,0, о 0) на шине результатов контроля и диагностики (стрелка К- ПК), Так как возможной причиной недостоверного результата преобразования Ny может быть как сбой, так и неисправность устройства, то для выявления действительной лричины по сигналу, поступающему с первого выхода блока 15, запускается блок 11 и осуществляется повторное преобразо1зание (Jy и контроль достоверности результата преобразования М„ согласно описанному алгоритму до операции сравнения включр тельно. Если после операции сравнения на выходе блока 14 получен сигнал 5 0, то с второго выхода блока 15 на выходную шину результатов контроля и диагностики тоступает сигнал к 0 (, ,J,,0), который свидетельствует о том, что результат преобразования N,., поступающий в настоящий момент на выходную щину устройства, достоверен, , а предьщущий результат был ложен по причине сбоя. После этого на входную шину устройства Установка О поступает сигнал, устанавлршаюжий блок 15 в исходное состояние; и устройство готово к дальнейшему использованию его по назначению (стрСоТка , фиг,2,). Если блок 14 выд.ает сигнал 5 1, то на выходную ткну результатов контроля и диагностики поступает другая комбинация сигналов к,, 1 (к,1, J, 0j ау 0), что сигнализирует о TOMj что причиной недостоверности настоящего и предыдущего результатов преобразования является неисправность устройства, и последнее переходит к диагностике отказа (стрелка ).

Диагностика устройства осуществляется с глубиной до блоков 1 и 2, при этом, так как вероятность одновременного отказа блоков 1 и 2 практически стремится к нулю, их отказы можно считать независимыми. Поэтому осуществление контроля работоспособности блока 2 дает возможность выявить неработоспособный блок.

Контроль неисправности блока 2 осуществляется следующим образом.

При появлении на шине результатов контроля и диагностики сигнала к 1 блок 15 .формирует управляющий сигнал, поступающий на мультиплексор . 9 и блок 11, по-сле чего мультиплексор 9 подключает первый вход регистра 10 к первому выходу блока 11, а также осуществляется запус устройства. Режим контроля блока 2 почти полностью совпадает с его рабочим режимом при .преобразовании U и контроле отличается лишь сигналами, поступающими на первый вход регистра 10. Цикл контроля блока 2 состоит из двух подциклов, причем в первом с первого выхода блока 11 на первый вход регистра 10 поступает сигнал Т., а во втором Т Сигналы Т имитируют работу блока 7 в режимах Больше и Меньше.

В первом подцикле на первый вход регистра 10 поступает сигнал Т. где 1 - сигнал уровня логической l, и к концу подцикла на первом выходе регистра Ю получают код N,, который из регистра 10 записывается в регистр 12 и при исправном блоке 2 N,, 1 .. .1 N j.

Во втором подцикле на вхо-д регистра 10 поступает сигнал Т 0, где О - сигнал уровня логического О. К концу подцикла на выходе регистра 10 получают код N, значение которого при исправном блоке ,,,0, В сумматоре 13 осуществляют суммирование кодов М, и Ng , результат которого в блоке 14сравнивается cN,. Результат сравнения поступает на второй вход блока 15. При 5 0 на шину результатов контроля и диагностики поступают сигналы J,0, (1 (при этом к, 1, к 1), что свидетельствует о неисправном блоке 1, а при 5 1 -,2, что сигнализируют об отказе бЛока 2. После определения отказавшего блока устройства требуется восстановление его работоспособности (стрелка , фиг. 2). В свою очередь, устранение причины отказа дает возможность использовать АДП по своему прямому назначению (стрелка ).

Блок 11 работает следующим обра3 ом.

Сигнал Пуск (импульс положительной полярности) проходит через элементы 18, 17 и 16 на первый выход блока 11 и устанавливает в состояние

логической 1 выход триггера 20, с выхода которого она подается на третий вькод блока 11.

Сигнал окончания преобразования проходит через элементы 22 и 21

на первые входы триггеров 20 и 24. При этом на вькоде триггера 20 устанавливается логический О, а на выходе триггера 24 - логическая- Т, которая поступает на второй входключа 6.

С выхода регистра 10 сигнал окон- чания преобразования проходит через элементы 22 и 23 на второй вход триггера 24, шину Конец преобразования и на третьи входы блоков 14 и 15. При этом на выходе триггера 24 устанавливаются логический О.

Кроме сигнала Пуск на вход элемента ИЛИ-НЕ 18 поступает сигнал внутреннего запуска АЦП от блока 15, с помощью которого осуществляются те же операции, что и от сигнала Пуск при внешнем запуске.

Блок 15 работает следующим образом.

Формирователь 27 предназначен для формирования импульсов по фродту сигнала, поступающего на его вход. Установка счетчика- 29 в исходное состояние осуществляется сигналом, поступающим с шины Установка О.

Запись информации в триггер 25, поступающей на его третий вход, производят с помощью сигнала, поступающего с пятого выхода блока 11 (импульс отрицательной полярности), причем по его переднему фронту производит

91

его сброс (на выходе триггера 25 устанавливается сигнал логического О), а по заднему - запись информации.

При контроле результата преобразования N, на третий вход триггера 25 поступает результат сравнения 5 , При 5 0 на выходе триггера 25 устанавливается логический О, а на шине .результатов контроля и диагностики - сигналы к,0, , J,-0, . При в триггер 25 осуществляется ее запись и на шине результатов контроля и диагностики устанавливаются сигналы , , (5,0, dg 0. При этом по переднему фронту сигнала на вьисоде триггера 25 осуществляется запись информации в счетчик 29 и фор мирование сигнала (импульс положительной полярности) с помощью элемента И 28 и формирователя 27, с вьгхода которого он поступает на третий вход блока 11.

При повторном Контроле результата преобразования в триггер 25 записыва ется результат повторного сравнения, причем при 6 0 на выходе триггера 25 присутствует логический О, а на шине результатов контроля и диагностики - , Kj,0, (3, 0, у 0. При t 1 в счетчик 29 производится запись информации и формирователь 27 формирует сигнал повторного запуска АЦП аналогично рассмотренному. Кроме Того с выхода счетчика 29 логическая 1 поступает на третий вход мультиплексора 9, а на шину результа9380510

тов контроля и диагностики - сигналы к 1,, , , i,,0.

При диагностике неисправного узла АЦП в триггер 25 записывается результат сравнения.-При 6 0 на шину результатов контроля и диагностики поступают сигналы , , J, 0, 62 1, а при 5 1 - к,1, , di 1, .-При этом логическая 1, 10 поступающая с выхода элемента И 33 (d,0), инвертируется в элементе НЕ ,31 и с помощью элемента И 28 блокирует прохождение сигнала с выхода триггера 25 на вход формирователя 27 15

Таким образом, в устройстве посредством повторного аналого-цифрового преобразования и контроля результата преобразования осуществляется разделение недостоверных результатов, вызванных сбоями, от результатов, причиной недостоверности которых является неисправность устройства. Кроме того, в случае

25 неисправности устройства дополнительно производят диагностику неисправного узла устройства. При этом поиск неисправности устройства осуществляют в режиме, максимально приближенном к рабочему, что позволяет

получить результаты диагностики с высокой степенью достоверности при незначительном увеличении об .ема аппаратных средств за время, равное

35 времени преобразования и Контроля

результата преобразования известного устройства.

я,9

Kef,.s,s,s,tt,a,ff,i oms/(V

Фиг.2

Г7

3J

: д.№.у

-sis

Cm д /5

Конец npevSpaxtohUK

.J