Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H03M1/50 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, а также в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погреш ностей преобразования аналоговой вели ,1 в цифровой код.

Целью изобретения является повышение точности преобразования. I .

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - алгоритм работы способа; на фиг,3 - вариант подключения датчиков , на фиг .4 - вариант выполнения блока управления; на фиг, 5 временные диаграммы работы блока управления.

В состав устройства входят датчики эталонной 1 и измеряемой 2 аналоговых величин, аналоговые ключи 3 и 4, лок 5 управления, преобразователь 6 аналог-частота, элементы И 7 8, генератор 9 и myльcuв, элемент И 10, триггер II, элемент И 12, элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14 группа элементов И 15, вычитающий счетчик 16 импульсов, делитель 17, частоты с постоянным коэффициентом деления, реверсивный сЧетчик 18, выходная шина 19Блок 5 управления (фиг.4) содержит генератор 20 импульсов, счетчик 21 импульсов, дешифратор 22,

Аналого- цифровое преобразование по данному способу осуществляется следующим образом.

На первом такте работы на вход преобразователя 6 подключают датчик эталонной аналоговой величины Поскольку преобразователь б вносит в результат преобразования аддитивную Ng( и мультипликативную К; погрешности измерения (вызываемые в общем случае изменениями температур. но влажностного режима, уходами источников питания т.д.), результат преобразования первого такта можно |представить в виде

N/ - ,А„ .(1)

На втором такте работы на вход преобразователя 6 подключают датчик измеряемой аналоговой величины А. Результат преобразования второго .такта можно представить в виде

N,7 N. + k; А,

(2)

На третьем такте работы на вход преобразователя 6 подключают датчик эталонной А, и измеряемой А аналоговых величин. Результат преобра-. зования третьего такта можно представить в виде

ж

.. «„, + k,(A + А, ) N..(3) (Последовательность подключения источников измеряемой и эталонной аналоговых величин может быть иной).

На четвертом такте работы формируется временной интервал Т

из

путем считьтания количества импульсов

t ты

- N k А.

импульсами часто 1 L. С-ЧИТ

(4)

сформированный временной интервал

Т

и зи

заполняется импульсами F

частоты заполнения, которая прямо пропорциональна, частоте генератора и обратно пропорциональна количеству импульсов

f:

3°

выходной код N

-1- -Н

k,

(5)

равен

пп

L ЗЛТ

частота f,

Jiу .

выбирается

(6)

кратной f J, f.

М

то N

8ЫХ

(7) (8)

Кратность частот f и

выбирается, исходя из требуемой точности аналого-цифрового преобразования и абсолютного значения величины A.j . Абсолютное значение частот f., и fjon могут изменяться- (даже в процессе одного цикла аналого-дафрово- го преобразования), однако, поскольку они однозначно связаны друг с другом, (например, f получаем делением частоты f,,,, в М раз) , изменение этих частот.не повлияет на конечный результат аналого-цифрово- го преобразования. Как видно из формулы (8), на результат аналого-цифрового преобразования не влияет аддитивная и мультипликативная погрешности преобразователя аналог-часто- та, причем аналого-цифровое преобразование осуществлено с использованием тапько одного эталонного источника аналоговой величины.

Устройство работает следующим образом.

K. K()

Ha первом такте работы блок 5 размыкает аналоговый ключ 3 и замыкает аналоговый ключ 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будет подключен датчик 1 эталонной аналоговой величины 1 (в конкретном случае это эталонный резистор R,). Если в качестве измеряемой аналоговой величины используется напряжение, то суммирование напряжений можно осущест- вить при помощи суммирующего операционного усилителя с управляемыми входами и т.д. Кроме того, блок 5 на первом такте работы подает разрешение на время Т. на элемент И 10, и частота F, с выхода преобразователя 6 поступает через элемент ИЛИ 13 на вычитающий вход счетчика 18, в котором к концу первого такта буде записано количество импульсов

N, + T,k. А,, (9) гдеN . - аддитивная погрешность преобразователя аналог-частота; крутизна преобразователя 6 (в общем случае) ;

у - мультипликативная по- грешность преобразователя аналог-частота:, Т - время первого такта (равное времени на втором и третьем тактах)

На втором такте работы устройства блок 5 замыкает аналоговый ключ 3, размыкает аналоговый ключ 4,-в результате чего на вход преобразователя 6 будет подключен датчик 2 (в конкретном случае это резистор Rj(, величина которого зависит от измеряемой физической величины). Кроме того,на втором такте работы устрой- - ства блок 5 подает разрешение на время Т. на элемент И 8, и частота с выхода преобразователя 6 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 14, на который к концу второго такта поступит количество импульсов N,

N,

TcFa

TC k.,A -HN,; , (10) Ha третьем такте работы устройства блок 5 размыкает аналоговые ключи ,55 3 и 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будут последовательно поключены датчики 1 и 2. Кроме

того, на третьем такте работы устройства блок 5 подает разрешение на время Т, на элемент И 7 и частота Р с выхода преобразователя 6 поступает на суммирующие входы реверсивных счетчиков 14 и 18, в которые к концу третьего такта поступит количество импульсов N

«3 N, +T.k,(A + AJ.

(Н)

К концу третьего такта работы устройства в реверсивном счетчике 14 будет подсчитано количество им- пульсов N,

N.

N - N,

T.,,

(12)

а в реверсивном счетчике 18 будет подсчитано количество импульсов N

N.. N.. - N. Т. k. А.

(13)

На четвертом такте работы устройства блок 5 подает импульс на S-вход триггера 11, устанав:1ивая его в единичное состояние, и с прямого выхода тригерра П разрешение поступает на вход элемента И 12, на другой вход которого поступает частота с выхода генератора 9. Частота f

JQh

С выхода элемента И 1 2

поступает на вход вычитающего сче-г- чика 16, который в совокупности с группой элементов И 15 представляет собой двоичный делитель, с выхода которого на выходную шину 19 поступает частота f

16

f Cffii- . 16Мт k А

l/iJ-C 1 ЭТ

Кроме того, частота F

(14)

через

делитель 17 с постоянным коэффициентом М деления и элемент ИЛИ 13 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, уменьшая его содержимое до нуля, после чего триггер 11 возвращается в исходное, нулевое состояние. Время t

«3

в течение которого содержимое реверсивного счетчика 18 уменьшится до нуля, равно

1 ,,

(15)

16

-Злч

Таким образом, за время t.

на выходе шины 19 будет сформировано количество иьшульсов N

f

N

SblX

t,.

M-f -(16)

r. Как следует из формулы (16) на

выходной код N результата аналобыхго-цифрового преобразования не влияют аддитивная мультипликативная, погрешности преобразователя 6.

Блок управления работает следующим образом (фиг.А, 5)..

Генератор импульсов 20 непрерыв - но вьфабатьгоает импульсы, которые поступают на счетчик 21, выходами соединенный с вxoдa ш дешифратора 22 на выходах которого вырабатывается последовательность импульсов управления, необходимых для осуществления рассмотренных вьппе операций.

Формула изобретения

1, Способ аналого-цифрового преобразования, заключаюпшйся в преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины и подсчете импульсов этой частоты за эталонное время, преобразовании в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых величин и подсчете импульсов этой частоты за эталонное время, определении первой разности подсчитанных импульсов частот, пропорционапьных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой величины, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразования, осуществляют дополнительное преобразование в частоту следования импульсов измеряемой ана- логовой величины и подсчет импульсов этой частоты за эталонное время, после чего формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных Импульсов час- тот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых величин и измеряемой аналоговой величины, формируют вторую частоту заполнения, кратную первой частоте заполнения и обратно пропорциональную второй разности подсчитанных импульсов частот, и формируют выходной Код путе-м подсчета количества импульсов второй частоты заполнения на сформированном временном интервале.

2. Устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, датчиs

0

5

0 5 0 5 0 5 о

5

ки эталонной и измеряемой аналоговых величин, первый и второй лнало- говые ключи, выход перво.го аналого - вого ключа соединен с входом преобразователя аналог-частота, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, суммируюпше входы первого и второго реверсивных счетчиков и туль- сов объединены и соединены с выходом первого элемента И, вычитающие входы первого и второго реверсивных счетч иков импульсов соединены соответствен- 1

но с выходами второго элемента И и элемента ИЛИ, выход второго реверсивного счетчика импульсов соединен с R-входом триггера, прямой выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены блок управления, вычитающий счетчик импульсов, группа эле- - ментов И, первые входы которых соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов, вторые входы объединены и соединены с выходом вычитающего счетчика и являются выходной пиной, а выходы группы элементов И соединены с установочными входами вычитающего счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с входом делителя частоты и соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора Импульсов , выхо. ; делителя частоты соединен с первым входом элемента ИЖ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, S-вход триггера СОЕДИНЕН с первым выходом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответ- . ственно с первыми входами первого и второго аналоговых ключей, второй вход первого аналогового ключа объединен с входом датчика измеряемой аналоговой величины и соединен с объединенньми выходами датчика эталонной аналоговой величины и второго аналог ового ключа, вход которого и вход датчика эталонной аналоговой величины объединены и являются общей шиной, выход датчика измеряемой аналоговой величины соединен с входом преобразователя аналог-частота,

3. Устройство по п.2, о тл и - чаюшсеся тем, что блок управления вьшолнен на генераторе импульсов, счетчике импульсов, дешифраторе, первый, второй, третий,

-71 Г21

четвертый, пятый и шестой выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым, шестым, пятым и первым выходами блока управления, входа дешифратора соединены С соответст вуюшими выходами счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов

риг

С ffatta/fo J

1

I Па ялючение А. зт

X

Заказ 4426/58Тираж 816

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-пониграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погрешностей преобразователя. Изобретение позволяет .повысить точность преобразования путем компенсации -указанных погрешностей. Это достигается тем, что в способе аналого-цифрового преобразования, основанном на преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины U. с помощью преобразователя аналог -частота, затем преобразования в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых величин Ug-, + и,„. и подсчете импульсов этих частот реверсивными счетчиками за эталонное время, которое задается блоком управления, с последующим определением.разности подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой величины (Uj-r + Uj, )- U , преобразуют затем в частоту следования импульсов измеряемую аналоговую величину и за эталонное время, после чего с помощью вычитающего счетчика, реверсивного счетчика формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных импульсов частот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых и изме(О (Л с: ряемой аналоговой величины (U + и,, ) - и. 5М IJN подсчитанных с помощью генератора импульсов, элемента И, формируют вторую частоту запот1не- ния, кратную первой частоте заполнения и обратно пропорциональную разности ( + ) - , и заполняют сформированный временной интервал второй частотой заполнения, подсчитывают импульсы этой частоты реверсивным счетчиком, по количеству импульсов судят о результате аналого- цифрового преобразования. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. кэ ел ОО to .