Способ аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода и аналого-цифровой преобразователь с контролем выходного кода Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

12

осуществляют после сравнения входного напряжения с напряжением допуска уравновешивания и при нахождении его в границах допуска уравновешивания запоминают компенсирующее напряжение инвертируют выходной код, осуществляют ,цифроаналоговое преобразование результата инвертирования, суммируют результат цифроаналогового преобразования с результатом запоминания, получают контрольное напряжение и сравнивают эталонное напряжение,i значение которого определяется мак- симальным значением преобразуемого входного напряжения, с напряжением контрольного допуска, верхнее граничное значение которого равно контрольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности, а нижнее - конт1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления, в автономных аналого-цифровых преоб-г разователях.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.

На фиг,1 представлена функциональ ная схема устройства для .реализации способа; на фиг,2 - функциональная схема блока контроля.

Устройство для реализации способа (фиг.1) содержит ключи I и 2, компаратор 3, аналоговое запоминающее уст ройство 4, п триггеров 5, блок 6 управления,- ключ 7, цифроаналоговый преобразователь 8, коммутатор 9, блок 10 контроля, резисторы 11 и двухпозиционные ключи 12, сумматор 13, п элементов И 1А,

Блок 10 контроля (фиг.2) содержит элемент НЕ. 15, элемент И 16, первый и второй триггеры 17 и 18, элементы И 19 и 20, элемент И 21, элемент И 22, элемент НЕ 23, третий, четвер- тьш, пятый, шестой, седьмой и восьмой триггеры 24, элемент И 25, элемент-ИЛЙ 26.

Блок 6 управления содержит генератор 27 импульсов, элемент И 28,

80

рольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности АЩ1, и принимают решение - выходной код годен при условии нахождения эталонного напряжения в границах напряжения контрольного допуска или выходной код не годен при услонии выхода эталонного напряжения за границы напряжения контрольного допуска, В устройство для реализации способа, содержащее компаратор 3,п триггеров 5, п элементов И 14, цифроаналоговьй преобразователь 8, блок 6 управления, блок 10 контроля, введены два резистора 11, два двухпозиционных ключа 12, сумматор 13, три ключа 152,75 аналоговое запоминающее устройство 4. 2 с.п, ф-лы и 3 з,п. . ф-лы, 2 ил.

20

регистр 29 сдвига, Цифроаналоговый преобразователь 8 содерл ит резисторы 30 и двухпозиционные ключи 31,

Контроль выходного кода АЦП сог5 ласно предлагаемому способу проводится следующим образом.

Аналого-1;ифровое преобразование реализуется путем поразрядного уравновешивания входного напряжения

U)( компенсирующим напряжением I , изменяющегося ступенями, и заканчивается, когда И - , где q - ступень квантования. Контроль выполнения условия уравновешивания входного напряжения компенсирующим , Ufj - qj осуществляется посредством сравнения входного напрялсения U с напряжением допуска уравновешивания, верхнее граничное значение которого равно (IIf, + q), а нижнее равно (UM - q), Причиной нарушения условия j flj может быть как катастрофический отказ, так иперемежа25 ющийся отказ,, Поэтому при возникновении таких отказов принимается решение - выходной код не годен. Однако в АЦП имеют место также и дегра- дационные отказы, характеризуемые

э„ ростом во времени инструментальной

погрешности АЦП и не приводя гие к

нарушению условия llH+q, и -q ,

3, 12

В свою очередь причиной инструмен- тальной погрешности АЦП служат несовершенства метрологических свойств компаратора 3 и цифроаналогового преобразователя 8, В связи с этим значение компенсирующего напряжения определяется выражением , где S y погрешность преобразования АЦП входного напряжения.

Контроль точности выходного кода N. АЦП осуществляется путем сравнения инструментальной погрешности АЦП с допуском погрешности| а( . Дпя этого инвертируют выходной код АЦП N,(, преобразуют код N, l2 -ll-Nj( (где п - количество разрядов АЦП) в напряжение Uf qNx 5) (где Si, - погрешность преобразования кода N,,). Затем суммируют напряжение U,j и U,, получают контрольное напряжение q()- (S,+5,) (где{ инструментальная погрешность АЦП), Контроль значения погрешности S с допуском погрешности АЦП Sg осур;,еств- ляют посредством сравнения эталонно- го напряжения q(2 -1) с напряжением контрольного допуска Ц 9 кан-р аЪ при .этом соблюдение условия и,.6 n, + P(j , и,онтр- - On служит критерием нахождения

norpei -нрсти Оу. в допуске 5,, ,

i.4, .

Процедура аналого-цифрового преобразования входного напряжения U и контроля результата преобразования N описывается следуюдгей операторной .формулой:

{LV-N S, л, 1,3N Nx- u,r,s,{P,.

Работа устройства, функционирующего согласно данной формуле, производится в два этапа,- На первом этапе осуществляется аналого-цифровое преобразование напряжения Uj; (опера- тор формулы), а на втором этапе - контроль выходного кода АЦП NX (все оставшиеся операторы формулы),

Первый этап работы устройства начинается с поступления сигнала на его вход. При этом первый триггер 5 устанавливается в состояние 1, а все остальные триггеры 5 - в состояние О, Одновременно сигнал запуска поступает на блок 10 и регистр 29, записывая 1 в его старший разряд. Блок 10 вырабатывает управляющие сигналы для ключей 1 и 2 и коммутатора 9, которые соединяют соот04 .

ветственно входное напряжение U с первым входом компаратора 3 и прямые выходы триггеров 5 - с шестыми входами цифроаналогового преобразователя 8, При этом двухпозиционньш ключ 31 подсоединит первый резистор 30 к шине положительного опорного напряжения (+ Е) и на выходе сумматора 13 получают эталонное напряжение старшего разряда, которое компаратор 3 сравнивает с входным напряжением U , При U Цц в первом триггере 5 сохраняется 1, а при Uy и выходным сигналом первого элемента И 14 первый триггер 5 устанавливается в состояние О, Одновременно произойдет сдвиг в регистре 29

и единица перейдет во второй разряд, что обеспечит подачу следующего эталонного напряжения выхода цифроаналогового преобразователя 8, В конце преобразования и, уравновесится суммой эталонных напряжений, снимаемых с выхода цифроаналогового

о преобразователя 8 21a,--U() ,

где а, - цифры в разрядах выходного

п ;- кода N Ца-2 , записанного в регистре 5 N 21 а, 2

i

1-1

Второй этап работы начинается с контроля выполнения условия уравно- вешивания U. (оператор S, ) При этом включение п+1 ключа 31 (резистор 30 подключен к шин положительного опорного напряжения + Е) приводит к появлению на выходе сумматора 13 напряжения Uj + q, а включение п+2 ключа 31 (резистор 30 R 2 подключен к шине отрицательного опорного напряжения - Е) - напряже ния Ufj - q,, С помощью компаратора 3 выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 сравнивается с напряжением V, а результат сравнения поступает на первьй вход бло- I

ка 10, В блоке 10 формируется результат сравнения

Q Jo,u,6LUH + q.Uw - q lUxfP w + q.u;, - q

который поступает на третий выход блока 10,

Цри S( 1 (условие ложности предиката оператора Л| , при котором

последовательность выполнения операторов в формуле определяется стрелкой tl) принимается решение - выходной код N не годен и на седьмой вьг ход блока 10. поступает сигнал .

При S, 0 (условие истинности предиката оператора Л, , при котором стрелка f1.не учитывается) приступают к контролю точности выходного кода АЦП,

При этом на второй вход аналого- вого запоминающего устройства 4 с .выхода блока 10 поступает команда записи компенсируюв;его напряжения и (оператор Э), По окончании записи с выхода блока 10 на соответствующие входы ключей 1,2,7 и коммутатора 9 поступают команды на подключение эталонного напряжения U. на второй вход компаратора 3, а также инверсных выходов триггеров 5 и выхода аналогового запоминающего устройства 4 соответственно на входы цифроаналогового преобразователя 8, В результате код N (оператор N) преобразуется в напряжение (оператор ), которое затем в сумматоре 13 суммируется с напряжением Uy, записанным в аналоговом запоминающем устройстве 4 (операторZx). На первый вход компаратора 3 поступает результат суммирования, контрольное напряжение U , которое сравнивается с эталонным напряжением 11 (оператор Я). С выхода компаратора 3 на первьй вход блока 10 поступает результат сравнения

го

О и,7 и,,„,р .1 ,,,р

в случае, если S О, то блок 10 вырабатывает команду на включение первого ключа 12, В , если 2.0 блок 10 выдает команду на .включение второго ключа 12,При включении первого ключа 12 резистор Г1 подключается к шине положительного опорного напряжения (Е), что приводит к появлению на выходе сумматора 13 напряжения UKOMTP г которое сравнивается с э,талонньпУ1 напряжением и , результат которого

Го и,, ,р +ff(

Чл и,,р +5, Появление на выходе компаратора 3 сигнала S, 1 свидетельствует о нахождении погрещности устройства S j.

в допуске Доп.о появление Sj О - о выходе ее за допуск.

При включении же второго ключа 12 резистор Rа подключается к шине отрицательного опорного напряжения (-Е), что приводит к появлению на выходе цифроаналогового преобразовакоторое

теля 8 напряжений U. -S,,, также сравнивается с напряжением и

Г

Если результат сравнения S

о (и,, и

VOHTp

Л).

2.2

Z

ЛИ же S

|П

то погрешность

fN 7 Гf : .

0 находится в допуске 0,-СпJ , ЕсХОНТр

то

.,,, 1 (U,,

выходит за допуск. По результатам сравнения S и Sj, или и S.

в блоке 10 формируется результат сравнения

,,„р и, -S

1 U T UKOHTP UV.OHTP а затем осу1ч;ествляется принятие решения - выходной код годен (S - О) или не годен (Sj 1) и на выход об- щего результата контроля поступает соответствующий сигнал К, значение которого определяется выражением

К f S, О и S О S, 1 или S 1 .

После того, как произведен контроль выходного кода АЦП, в регистре 29 произойдет сдвиг единицы в

пг (п+5)-й разряд, что приведет к прекращению передачи тактовых импульсов генератора 27 через элемент И 28,

Блок 10 контроля работает следую- щliм о бразом.

40 При контроле выполнения условия уравновешивания, если на выходе п-го элемента И 14 присутствует сигнал (А1 0), то происходит включение первого триггера 17 (установка еди45 ницы на прямом выходе и ноля на инверсном) , если же сигнал отсутствует (А 1 1), то с помощью элементов 15 и 21 формируется сигнал включения второго и третьего триггеров 18 и

0 24. По окончании контроля на второй вход блока 10 поступает сигнал, включающий первьм или второй триггеры 17 и 18, а также обеспечивающий прохождение через«элемент И 16 на вто22 рой вход третьего триггера 24 сигнала, поступающего на первый вход блока 10. При недостоверном уравновешивании на прямом выходе третьего триггера 24 получают единицу, которая

поступает на третий выход блока 10 и через элемент 26 - на седьмой вы- ,ход блока JO, при этом ноль инверсно го выхода триггера 24 запрещает прохождение сигналов, поступающих через элементы 19, 20 и 22, и поэтому контроль точности результата аналого-цифрового преобразователя не производится. При достоззерном же уравновешивании на прямом выходе третьего триггера 24 появляется ноль, а на инверсном выходе - единица, которая обеспечивает прохождение сигналов, необходимых для осуществления контроля точности.

При контроле точности выходным сигналом элемента 19 производится включение четвертого триггера 24, а сигналом, поступающим на третий вход блока 1.0, осуществляется его выключение, а также с помощью элемента 20 - включение пятого триггера 24, Затем при поступлении сигнала на четвертый вход блока 10 с помощью второго элемента 22 осуществляется включение восьмого триггера 24, если на первый вход блока 10 пост т1ает единица, или посредством элементов 23 и первого элемента 22 включение шестого и седьмого триггеров 24, если на первьш вход блока 10 поступает ноль. По окончании контроля сигналом поступающим на пятьш вход блока 10, включается шестой триггер 24 1ши восьмой триггер 24, а также с помощью элемента 25 обеспечивается прохождение сигнала, поступающего на первый вход блока 10, на третий вход седьмого триггера 24, При достоверном преобразовании на выходе.седьмого триггера 24 получают ноль, а при недостоверном - единицу, которые через элемент 26 поступают на седьмой выход блока 10,

Осуществление контроля выходного кода АЦГ1 предлагаемым cnoco6oi-i позволяет при незначительном аппаратурном и временном расходе контролировать все возможные виды отказов А1Щ,

Формул а изобретения

I, Способ; аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода, заключающийся в том, что формируют выходной код аналого-цифрового преЬбразователя путем уравнове шивания входного напряжения компен

Ш

15

20

25

30

35

40

45

50

55

80 . 8 сационным напряжением, формируют опорное напряжение с верхней границей, соответствующей сумме компенсационного напряжения и напряжения, .равного величине кванта, и нижней границей, соответствующей разности этих напряжений, сравнивают входное напряжение с опорным напряжением и по результатам с равьгения судят о годности выходного кода, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, после определения годности выходного кода запоминают сформированное компенсационное напряжение, инвертируют выходной код, формируют напряжение, ;пропорциональное проинвертированно- му коду, полученное напряжение суммируют с результатом запоминания и получают контрольное напряжение, образуют эталонное напряжение, величина которого определяется максимальным значением компенсацио)1пого напряжения, сравнивают эталонное напряжение с контрольгалм напряжением, формируют опорное контрольное напряжение путем с ч ширования напряжений погрешности и контрольного напряжения, если эталонное напряжение больше контрольного, или вычитания напряжения погрешности из контрольного напряжения, если эталонное напряжение меньше контрольного, сравнивают . эталонное напряжение с опорным контрольным напряжением и по результатам судят о достоверности выходного кода .

2. Аналого-цифровой-преобразователь с контролем выходного кода, со-. держащий компаратор, выход которого соединен с первьии входами п элементов И и первьп- входом блока контроля, где 11-число разрядов устройства, первый н второй выходы блока контроля соединены соответственно с первьп-, вторым входами цифроаналогового пре образователя, блок управления, пер- ва.я группа выходов которого соединена с вторыми входами соответствующих элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих, п триггеров, вторые входы кото-, рых, кроме первого и второго триггег ров, соединены с соответствующими выходами второй группы выходов блока управления, третий выход блока контроля является первой выходной шиной, второй, третий, четвертьй

пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, третий, четвертый и пятый входы цифроаналогового преобразователя являются соответственно общей шиной, шинами положительного и отрицательного напряжений, отличающийс я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, введены три ключа, коммутатор, аналоговое запо

минающее устройство, два токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, два двухпозиционных ключа, сумматор, первый вход которого объединен с первыми выводами первого и второго резисторов и соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход сумматора соединен с выходом первого ключа, а выход - с первыми входами компаратора и аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а второй вход аналогового запоминающего

устройства соединен с четвертым выходом блока контроля, второй вход первого ключа объединен с первыми входами второго ключа и коммутатора и соединен с пятым выходом блока контроля, второй вход второго ключа является шиной эталонного напряжения , а выход объединен с выходом третьего ключа и соединен с вторым входом компаратора, первый вход третьего ключа является шиной входного напряжения, а второй вход соединен с шестым выходом блока контроля, седьмой выход которого является второй выходной шиной, восьмой и девятый выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухпозиционных ключей, вторые

входы которых объединены с третьим входом цифроаналогового преобразователя, третьи входы первого и второго двухпозиционных ключей соединены соответственно с четвертым и пятым входами цифроаналогового преобразователя, а выходы соединены соответственно с вторыми выводами первого и второго резисторов, при этом выходы коммутатора соединены с соответствующими шестыми входами цифро- аналогового преобразователя, первая и вторая группы входов коммутатора соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами соответствующих триггеров, выход п-го элемента

И соединен с шестым входом блока контроля, седьмой вход которого объединен с вторым входом п-го элемента И, восьмой вход объединен с входом блока управления, вторым входом первого триггера и является шиной Пуск, второй вход первого элемента И объединен с вторым входом второго триггера. I

3. Преобразователь по п.2, о т.л и ч а ю щ и и с я тем, что блок контроля выполнен на элементе ИЛИ, семи элементах И, восьми триггерах

и двух элементах НЕ, входы которых соединены с первыми входами первого, второго, третьего элементов И и являются первым входом блока контроля, шестым входом которого является первый вход первого триггера, второй вход которого объединен с первыми входами второпо триггера, четвертого элемента И, вторым входом перво го элемента И и является вторым входом

блока контроля, седьмым входом которого является первый вход пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, а выход - с вторым входом второго и первым входом третьего триггеров, второй вход последнего из которых соединен с выходом первого элемента И, прямой выход - с первым входом элемента ИЛИ и является третьИМ ВЫХОДОМ блока контроля, а инверсный выход - с первыми входами шестого и седьмого и вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход последнего из которых соединен с

первым входом четвертог о триггера, второй вход которого объединен с вторым входом uiecToro элемента И и является третьим входом блока контроля, выход шестого элемента И соединен с первым входом пятого триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно пятым и шестым выходами блока контроля, четвертым входом которого является

третий вход второго элемента И и второй вход седьмого элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, а выход - с первыми входами luecToro и седьмого триггеров, второй вход последнего из которых объединен с вторым входом пятого триггера, третьим входом третьего триггера и является восьмым входом блока контроля, третий

111

седьмого триггера соединен е выходом третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом шестого и первым входом восьмого триггеров и является пятым входом блока контроля, восьмой, девятый, первый, второй, четвертый, и седьмой выходы которого являются соответственно выходами шестого, восьмого, второго, первого, четвертого триггеров и элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом седьмого триггера, а второй вход восьмого триггера соединен с выходом второго элемента И. 4, Преобразователь по п,2, о т- л и ч а 10 щ и и с я тем, что блок управления выполнен на генераторе импульсов, элементе И, регистре сдвига, первый вход которого соединен с

выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов инверсный вход - с первым выходом регистра сдвига, второй, третий, четвертый и пятый, шестые и седьмые выходы которого являются соответственно четвертым, третьим, вторым, первым выходами, второй и первой группой выходов блока управ

j

0

15

0

5

8012

ления, первый вход которого является вторым ВХОДОМ регистра сдвига,

5. Преобразователь по п.2, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что цифро- аналоговьп преобразователь выполнен на п+2 двухпозиционных ключах, п+2 резисторах, первые выводы которых объединены и являются выходом цифро- аналогового преобразователя, второй

.вывод i-ro резистора соединен с выходом i-ro двухпозиционного ключа, первые входы которых объединены и ЯВЛЯЮТСЯ третьим входом цифроанало- гового преобразователя, вторые входы п+1 двухпозиционных ключей объединены и являются четвертым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход (п+2)-го двухпозиционного ключа является пятым входом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы п двухпазициоиных ключей являются соответственно шестыми входами цифроаналогового преоб.разователя, а управляющие входы (п+.1) и (п+2)-го двухпозиционных ключей являются соответственно первым и вторым входами цифроаналогового преобразователя.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления в автономных аналого-цифровых преобразователях. Изобретение позволяет повысить достоверность результата контроля путем контроля точности выходного кода аналого-цифрового преобразователя. Это достигается тем, что контроль точности выходного кода I . JI - Уд1 г itl1П1- } I йп Ляг... Йяг-7 я2 И | П .ф ..--{---J Г Г if.c (Л ГО ;о ГчЭ СХ)

Редактор С, Пекарь

Фиг.2

Составитель А, Титов Техред И.Попович .

Заказ 286/58Тираж 9П2Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобр.етениз1 и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

Корректор С. Шекмар