Устройство для ввода аналоговых сигналов Советский патент 1986 года по МПК G06F13/00 

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки данных.

Цель изобретения повышение на- дежности устройства путем увеличения полосы пропускания.

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг.З - времен ная диаграмма работы анализатора входных сигналов.

Схема устройства (фиг.1) включает мультиплексор 1 ,. узел 2 выборки и хранения, АЦП 3, блок 4 интерфейса, анализатор 5 входных сигналов, входы 6 аналоговых сигналов, шины микроЭВМ данных 7, адреса В, управления 9, шину 10 данных АЦП, компаратор 11, формирователь 12, первьй триггер 13, второй и-третий элементы И 14 и 15, третий чтриггер 16, счетчик 17, элемент ИЛИ 18j первый элемент И 19, второй триггер 20, генератор 21 импульсов .

Устройство работает следующим образом.

.В исходном состоянии мультиплексо 1 закрыт, узел 2 выборки и хранения находится в режиме хранения, АЦП 3 не работает, блок 4 интерфейса ожидает команды микроэвм, триггеры 20 и 1 находятся в состоянии О, счетчик 1 7 обнулен (цепь сброса счетчика 1 7 на фиг.2 не показана), генератор 21 импульсов не работает.

На выходах 0 и 0 счетчика 17, Признак, Пуск блока 4 интерфейса сигналы соответствуют О.

При поступлении из микроЭВМ по шинам 8 адреса (фиг.1) кода одного из аналоговых входов мультиплексора 1, а также одного из сигналов управления по шинам 9 управления блок 4 интерфейса выдает сигналы управления и код аналогового входа 6 на мультиплексор 1. Аналоговый сигнал, например, синусоидальной формы от источника переменного напряжения с соот- ветствующего входа 6 поступает на. выход мультиплексора 1 (момент времени tg, фиг.З а), узел 2 выборки и хранения и анализатор 5.

Через время (t,- tp), необходимое для окончания переходных процессов в мультиплексоре 1, блок 4 интерфей- са вьфабатывает сигнал Пуск.

5

5

5

0

0

5

Анализатор 5 в момент времени t, вьщает сигнал на узел 2 выборки и хранения, по которому последний переходит в режим отслеживания входного сигнала. Одновременно в анализаторе 5 определяется длительность полупериода сигнала. Затем с момента времени t.j (смены знака входного сигнала) .анализатор 5, учитывая определенную длительность полупериода сигна- . ла, через время, равное четверти периода входного сигнала, формирует импульс Пуск АЦП, Узел 2 выборки и хранения переходит в режим хранения амплитудного значения сигнала, запускается АЦП 3. По сигналу Конец преобразования от АЦП 3 блок 4 интерфейса считывает информацию с шин 10 данных А1Ш и передает ее по шинам 7 данных в микроэвм.

Рассмотрим работу анализатора 5.

В анализаторе 5 входной сигнал пос- поступает на компаратор 11, которьй формирует прямоугольные импульсы с частотой входного сигнала. Переключение компаратора 11 происходит в момент перехода входного сигнала через ноль. Формирователь 12 вырабатьтает короткие импульсы каждый раз при смене состояния компаратора 11. Первый импульс с выхода формирователя 12 через элемент ИЛИ 18, элемент И 19 (при ; ействительном сигнале Пуск) перебрасывает триггер 20 из состояния О в состояние 1. При этом триггер 13 остается в состоянии О. Запускает- ся генератор 21 импульсов, и импульсы с его выхода через элемент И 15 поступают на вход счетного триггера 16, где их число делится на 2, и, таким образом, на вход прямого счета счетчика 17 поступают импульсы частотой в два раза меньше частоты генератора 21 импульсов. В момент прихода первого импульса на вход прямого счета счетчика 17 на его выходе 0 появляется 1, по которой узел 2 выборки и хранения переходит в режим отслеживания входного (измеряемого) сигнала. При поступлении от формирователя 12 второго импульса в момент времени t, свидетельствующего об окончании первого полупериода входного сигнала, счетный триггер 13 переходит из состояния О в состояние 1. Импульсы генератора 21 импульсов через элемент И 14 поступают на вход обратного

счета :четчика 17. Если за время

. в счетчике накопителя N имЧпульсов, то эти N импульсов вычтутся за счет счетчика 17 за время t

где T,j,rH. период

2 сигн д

280638-

одновременно импульсньш сит нал Признак, Как н в случае, описанном выше, 1гмпульсньп1 сигнал Признак через элемент ИЛИ 18, элемент И 19 посту- 5 пает на вход триггера 20, который переходит в состояние 1. Начинает работу генератор 21 импульсов. Импульсы поступают на вход прямого счета счетчика 17, на выходе 0 которого появляется сигнал, по которому узел выборки и хранения переходит в режим отслеживания входного сигнала, .Блок 4 интерфейса с задержкой времени, равной 15-- t, вырабатывает вто- выборки и хранения переходит в режим 15 рой импульс Признак. Триггер 13 печастоты входного сигнала.

На выходе 0 счетчика 17 появляется импульс в момент, когда входной сигнал на выходе мультиплексора 1 (на входе узла 2 выборки и хранения) достигает своего максимального значения. Одновременно на выходе О счетчика 17 появляется О и узел 2

10

хранения. С выхода узла 2 выборки и хранения напряжение, равное амплитудному значению входного сигнала, поступает на аналоговый вход А1ДП 3. Импульсом с выхода 0 счетчика 17 за-20 пускается АЦП 3. Триггер 20 и затем счетный триггер 13 переходят в состояние О, прекращает работу генерареходит в состояние 1, и импульсы генератора 21 импульсов поступают на вход обратного счета счетчика 17. При появлении импульса на выходе 0 счетчика 17 запускается АЦП 3, узел 2 выборки и хранения переходит в режим хранения входного сигналаj который одновременно подается на аналоговый вход АЦП 3, триггеры 20 и 13 с

реходит в состояние 1, и импульсы генератора 21 импульсов поступают на вход обратного счета счетчика 17. Пр появлении импульса на выходе 0 счетчика 17 запускается АЦП 3, узел 2 выборки и хранения переходит в режим хранения входного сигналаj который одновременно подается на аналого вый вход АЦП 3, триггеры 20 и 13 с

тор 21 импульсов. Блок 4 интерфейса

после выдачи сигнала Пуск переходит 25 сбрасываются в О, генератор 21 имв режим анализа сигнала 0 счетчи- пульсов прекращает работу, блок 4

ка 17 и при его появлении снимает

сигнал Пуск и переходит в режим

Пуск и

интерфейса снимает сигнал Г переходит в режим состояния сигнала Конец преобразования АЦП 3. После прихода этого сигнала блок 4 интерфейса считывает информацию с шин 10 данных АЦП и передает ее по шинам 7 данных в микроэвм. На этом цикл измерения заканчивается.

анализа сигнала Конец преобразования АЦП 3. После прихода этого сиг- 30 нала блок 4 интерфейса считывает информацию с шин 10 данных АЦП и передает ее по шинам 7 данных в микроЭВМ.

На этом цикл измерения по одному . аналоговому входу 6 заканчивается . 35

На фиг.2а для примера показаны случаи ввода еще двух синусоидальных сигналов. В общем случае время, необходимое для определения амплитуды

. 1

входного сигнала, не превышает 1 т

периода сигнала плюс время преобразования АЦП 3. Тип АЦП 3 и его быстродействие не играют существенной роли при определении амплитуды синусои40

интерфейса снимает сигнал Г переходит в режим состояния сигна Конец преобразования АЦП 3. Пос прихода этого сигнала блок 4 инте фейса считывает информацию с шин данных АЦП и передает ее по шинам данных в микроэвм. На этом цикл и мерения заканчивается.

Предлагаемое устройство ввода логовых данных для микроэвм может функционировать в режиме отслежив ния входных сигналов. В этом режи блок 4 интерфейса работает так же как и в режиме измерения постоянн напряжения. Отличие заключается в том, что после передачи информаци от АЦП 3 в микроэвм блок интерфей снова вырабатывает два импульса

--J - f -,i ъ..и.. -4.1..iJ,J. J XLll J J IL jt С ItT1

дального сигнала. Частотный диапазон Признак и АЦП 3 измеряет тот же

самый входной сигнал, который пос пает от мультиплексора 1, и так до тех пор, пока от микроЭВМ не посту пят управляющие сигналы и адрес сл 50 дующего аналогового входа 6.

измеряемых сигналов синусоидальной формы ограничен лишь разрядностью счетчика 17 и частотой генератора 21 импульсов.

Таким образом, предлагаемое yqr- ройство обеспечивает ввод аналоговых сигналов любой формы, но при этом точность измерения амплитудного знаРассмотрим случай когда измеряются входные сигналы 6 от источников постоянного напряжения или тока (фиг.26 и фиг,3),

После коммутации входного сигнала 55 чения сигналов синусоидальной формы постоянной величины мультиплексором у предлагаемого устройства в среднем 1, блок 4 интерфейса в момент време- выше в 3-4 раза, а частотный диапани tx вырабатывает сигнал Пуск и

зон входных сигналов расширен.

реходит в состояние 1, и импульсы генератора 21 импульсов поступают на вход обратного счета счетчика 17. При появлении импульса на выходе 0 счетчика 17 запускается АЦП 3, узел 2 выборки и хранения переходит в режим хранения входного сигналаj который одновременно подается на аналоговый вход АЦП 3, триггеры 20 и 13 с

сбрасываются в О, генератор 21 им Пуск и

интерфейса снимает сигнал Г переходит в режим состояния сигнала Конец преобразования АЦП 3. После прихода этого сигнала блок 4 интерфейса считывает информацию с шин 10 данных АЦП и передает ее по шинам 7 данных в микроэвм. На этом цикл измерения заканчивается.

Предлагаемое устройство ввода аналоговых данных для микроэвм может . функционировать в режиме отслеживания входных сигналов. В этом режиме блок 4 интерфейса работает так же, как и в режиме измерения постоянного ; напряжения. Отличие заключается в том, что после передачи информации .. от АЦП 3 в микроэвм блок интерфейса снова вырабатывает два импульса

ItT1

Признак и АЦП 3 измеряет тот же

самый входной сигнал, который поступает от мультиплексора 1, и так до тех пор, пока от микроЭВМ не поступят управляющие сигналы и адрес сле- дующего аналогового входа 6.

Таким образом, предлагаемое yqr- ройство обеспечивает ввод аналоговых сигналов любой формы, но при этом точность измерения амплитудного зназон входных сигналов расширен.

Формула изобретения

Устройство для ввода аналоговых сигналов, содержащее узел выборки и хранения, мультиплексор и аналого- цифровой преобразователь, адресные и информационные входы мультиплексора являются соответствующими входами устройства, выход подключен к информационному входу узла выборки и хранения , выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет увеличения полосы пропускания, в него введен анализатор входных сигналов, содержащий компаратор, элемент ИЛИ, формирователь, генератор импульсов, счетчик, триггеры и элементы И, один вход компаратора подключен к шине нулевого потенциала устройства, другой подключен к выходу мультиплексора, выход через формирователь подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого является первым управляющим входом устройства, а выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является вторым управляющим входом VCTройства, а выход соединен с синхро- зходом первого и с входом установки в 1 второго триггеров, неинвертирующий и инвертирующий выходы первого триггера подключены соответственно к первым входам второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, вход которого подключен к неинвертирующему выходу второго

триггера, инвертирующий выход которого соединен с входом Сброс первого триггера, выход второго-элемента И соединен с вычитающим входом счетчика, выход третьего элемента И

подключен к счетному входу третьего триггера, выход которого соединен с суммирующим входом счетчика, один выход которого Подключен к входу Сброс первого триггера и к управляющему ОБХОДУ аналого-цифрового преобразователя, а другой выход - к входу управления узла выборки и хранения.

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки данных. Целью изобретения является повьппение надежности устройства. Цель достигается за счет введения в устройство, содержащее мультиплексор, блок выборки и хранения в АЦП, анализатора входных сигналов, в состав которого входят компаратор, формирователь, три триггера, три элемента И, элемент ИЛИ и счетчик. Анализатор входных сигналов на основании оценки периода входных сигналов вырабатывает сигналы управления работой узла выборки и хранения в АЦП, обеспечивая точность измерения амплитудного значения сигналов синусоидальной формы в среднем в 3-4 раза вьше по сравнению с аналогом, частотньй диапазон входных сигналов расширен. 3 ил. с в сл

.1

Редактор М. Дылын

Составитель И. Алексеев

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Заказ 7068/55 Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

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

Подписное