Преобразователь переменного напряжения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вьмислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровыми вычислительными устройствами.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя переменного напряжения в код.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диaгpaм ft,I работы устройства.

Преобразователь переменного напря жения в код содержит фазоинвертор 1, блок 2 управления, двухпозиционньй переключатель 3, компаратор 4, генератор 5 пилообразного Напряжения, первый триггер 6, первый элемент И 7, генератор 8 импульсов, первый ре- версивньй счетчик 9, второй элемент И 10, двоичный умножитель 11, первый элемент ИЛИ 12, третий элемент И 13, четвертый элемент И 14,, второй триггер 15, пятый элемент И 16, триггер 17, шину Пуск 18, второй и третий элементы И 19,20, первый, второй, третий элементы 21-23 задрржки, регистр 24, шестой элемент И 25, чик 26 импульсов, второй реверсивный счетчик 27, четвертый и пятый элементы 28 и 29 задержки, седьмой и восьмой элементы И 30 и 31. Блок 2 управления выполнен на двухпозицион- ном переключателе 32, компараторе 3.3 триггере 34.

Двоичный умножитель 11 вьтолнен на регистре 35, блоке 36 элементов И, элементе ИЛИ 37, счетчике 38 импульсов .

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение U Я t, которое преобразуется Б код, подается на фазоинвертор 1, имеющий два выхода. С первого выхода снимается напряжение U U + + U sin Я t, совпадающее по фазе с напряжением U, а с другого - напряжение и UQ - V sin 2 t, находящееся с напряжением U в противофа- зе (фиг.2а).

Напряжения U, и U поочередно - в зависимости от положения переключателя 3 - подаются на вход компаратора 4, который сравнивает их с пилообразным напряжением генератора 5, изменяющимся с частотой f, значительно большей частоты F преобразуемого напряжения, т.е. f F

и

(фиг.2а). В моменты равенства напряжений компаратор 4 формирует импульсы (фиг,2в), преобразовывающие триггер 6 по счетному входу из одного положения в другое. В результате на выходе триггера за полпериода преобразуемого напряжения образуется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна его мгновенным значениям

f(U). 2 ut sin а t ,

(1 )

J5

где сЯ К

и - максимальная дли,

20

25

35

40

45

50

55

30

тельность импульсов; К - коэффициент, обратно пропорциональный крутизне S пилообразного напряжения; и - амплитудное значение преобразуемого напряжения .

Триггер 6 одновременно управляет положением двухпозиционного переключателя 3: потенциал 1 с прямого выхода триггера 6 {фиг.2г) устачг;; - ливает этот переключатех ь в положение 1, подключая к входу компаратора 4 напряжение U., а потенциал 1 с инверсного выхода (фиг.2д) - в положение 2, подключая к тому же входу компаратора 4 напряжение и. Диаграмма напряжений на выходе указанного переключателя представлена на фиг. 2б.

Аналогичный принцип однокомпара- торного преобразования использован и в блоке 2 управления, на первый и второй входы которого подаются выходные напряжения соответственно U, и и 2Фазоинвертора 1. По моментам перехода через нулевое значение (в определенном направлении, например из отрицательной области в положительную) указанных напряжений, поочередно подключаемых - через двухпозиционньй переключатель 32, 5 прав- ляемый триггером 34, - к входу компаратора 33, последний срабатывает и вьщает импульсы (фиг.2е), которые перебрасывают триггер 30 по счетному входу из одного положения в другое. В результате на инверсном (фиг.2ж) или прямом (фиг.2з) выходы триггера 34, связанных с первым и вторым выходами блока 2 соответственно, формируются строб-импульсы

с длительностью Т/2, пропорциональные полупериоду преобразуемого напряжения. Одни из них снимаются с второго выхода блока 2, подготавливая элементы И 10 и 14, и разрешают работу реверсивного счетчика (PC) 27 в режиме сложения счетных импульсов генератора 8, следующих с частотой f, а счетчика 9 - в режиме вычитания импульсов двоичного умножителя 11 (до момента времени, соответствующего обнулению PC 9), другие им- пульсы(снимаются с первого выхода блока 2), подготавливая элементы И 7 и 16, разрешают работу PC 9 в ре- жиме сложения счетных импульсов генератора 8, а PC 27 - в режиме вычитания импульсов двоичного умножителя 11 (до момента времени, соответствующего обнулению PC 27). Таким образом, в каждом полупериоде преобразуемого напряжения (кроме первого после подачи сигнала на установочную шину 18 Пуск) один из реверсивных счетчиков работает в режиме сложения счетных импульсов генератора 8, а другой - в режиме вычитания импульсов двоичного умножителя 11.

В исходном состоянии триггеры 15,

17и регистры 24,35 находятся в по- ложении О, при этом потенциал О

с прямого выхода триггера 15 (фиг,2о) запрещает прохождение счет- ных импульсов, генератора 8 на первый вход двоичного умножителя 11, блокируя элемент И 13, а потенциал 1 с инверсного вьгхода триггера 17 устанавливает в нуль (и держит в нулевом положении) оба реверсивных счетчика 9 и 26 через элемент ИЛИ 20 и счетчик 38 импульсов двоичного умножителя 11 (через счетчик 26 импульсов и элемент ИЛИ 19).

Цикл измерений начинается с подачей сигнала Пуск в виде потенциала высокого уровня 1 (фиг.2и) на шину

18устройства и с него - на информационный вход триггера 18. Допустим, что до этого момента времени триггер блока 2 управления находился в положении 1 (фиг.2ж), а двухпозиционны переключатель 32 - в положении 1, при котором к компаратору 33 бьшо подключено напряжение Ц„. Тогда при переходе этого напряжения через нулевое значение компаратор 33 срабатывает и импульс с его выхода (фиг.2е) перебрасывает триггер 34 в положение

О, при котором потенциал 1 с инверсного выхода триггера 34 (фиг.2) устанавливает переключатель 32 в положение 2 (к компаратору 33 под ключается напряжение U) и одновременно поступает на первый вход блока 2 и далее - на управляющие входы элементов И 7 и 16, подготавливая их Кроме того, этот импульс подается на третий выход блока 2 и далее - на вход синхронизации триггера 17, устанавливая его в положение (фиг.2к), при этом блокирукшщй потенциап 1 с входов обнуления реверсивных счетчиков 27 и 9 и счетчиков 26,38 импульсов снимается и эти счетчики готовы к работе в режиме счета импульсов. Вместе с тем, триггер 15 остается в первом (после прихода сигнала Пуск) полупериоде преобразуемого напряжения в положение О (фиг.2о), так как скачок потенциала на прямом выходе триггера 17 (фиг.2к) задерживается элементом 22 задержки (фиг.2л) и первый импульс компаратора 33 с третьего выхода блока 2 управления (фиг.2е) не может пройти через элемент И 25 (фиг.2у) на вход установки в 1 триггера 15. Поэтому в данной полупериоде импульсы на выходе двоичного умножителя 11 не формируются.

В течение времени t , пропорционального согласно уравнению (1) длительности прямоугольных импульсов с прямого выхода триггера 6 ((.2r), счетные импульсы генератора 8 прохо- дят, пока есть строб-импульсы на втором выходе блока управления 2, (фиг.2з) через элемент И 7 на вход сложения реверсивного счетчика 9 (фиг.2м) и подсчитываются им. Одновременно начинается счет импульсов генератора 8 счетчика 26 импульсов. В конце первого полупериода преобразуемого напряжения в PC 9 и счетчике 26 импульсов формируются коды

N. ,,,

N -1-1 т- 7 2

где - средневыпрямленное значение преобразуемого напряжения.

При переходе через нулевое значение напряжения и, что соответствует окончанию первого полупериода преобраэуемого напряжения, компаратор 33 блока 2 управления вновь срабатывает и импульс с его выхода (фиг.2е) перебрасывает триггер 34 в положение 1, при котором потенциал 1 с е - о прямого выхода (фиг.2ж) возвращает переключатель 32 в положение 1 (к компаратору 33 вновь подключается напряжение и„) и одновременно поступает на второй вькод блока 2 управ- ления и далее - на управляющие входы элементов И 10 и 14, подготавливая их. Кроме того, этот импульс снимается с третьего выхода блока 2 уп- равдения, проходит через открытый к этому моменту времени потенциалом 1 с выхода элемента 22 задержки (фиг.2л) элемент И 25 (фиг.2у) и устанавливает триггер 15 в положение 1, при котором элемент И 13 откры- вается потенциалом 1 с прямого выхода триггера 15 (фиг.26) и счетные импульсы генератора 8, проходя на первый вход двоичного умножителя 11, начинают заполнять счетчик 38 импуль сов (фиг.2п). Импульс про {одит на второй вход двоичного умножителя 11 и .далее - на вход записи регистра 35 разрешая перезапись в него кода , сформированного в счетике 26 импуль- сов, и с некоторой задержкой (обеспечиваемой элементом 23 задержки и удовлетворяющей условию t-, ,,) проходит на вход обнуления счетчика 26 импульсов через элемент ИЛИ 20 и сбрасывает его в нуль, после чего указанный счетчик импульсов вновь начинает формирование кода N.,5 j. пропорционально текущему полупериоду преобразуемого напряжения. Далее через элемент И 30 импульс принуди- тельнсд но кратковременно устанавливает триггер 6 в положение 1, со- отверствующее положению триггера 34, в дальнейшем триггер 6 перебрасыва- ется выходными импульсами компаратора 4 (фиг.2Б).

На выходе двоичного умножителя 11 появляются импульсы следующие с частотой

А5

N

(4)

где NO - емкость счетчика 31.

Эти импульсы, проходя через элемент И 14 (фиг.2н) на вход вычитания PC 9, начинают списывать его содержимое N t-. Одновременно импульсы ге-„

нератора 8 за время, пропорциональное длительности прямоугольных импульсов с инверсного выхода триггера 6 (фиг.2д), проходят через элемент И 10,пока есть строб-импульс на первом выходе блока 2 управления (фиг.2ж), на вход сложения PC 27 (фиг,2с) и подсчитываются им

В момент времени, соответствующий переполнению PC 9, импульс с его выхода (фиг.2р) проходит через элемент ИЛИ 12 и возвращает триггер 15 в положение О (фиг.2о), при этом элемент И 13 закрьгоается и поступление счетных импульсов генератора 8 на счетчик 38 импульсов прекращается (фиг.2п). Далее импульс проходит на вход записи регистра 24 и разрешает перезапись в него кода N счетчика 38 импульсов, соответствующего первому результату преобразования, и с некоторой задержкой, обеспечиваемой элементом 21 задержки и удовлетворяющей условию з проходит на вход обнуления счетчика 38 импульсов через элемент ИЛИ 19 и сбрасывает ег в нуль. Таким образом, счетчик 38 кмпульсов двоичного умножителя 11 работал в течение интервала at времени, равного с учетом уравнения (4)

Nt Nf NO - --- - -- - j

-AS

f,-N

T/2

(5)

и за этот интервал времени подсчитал число импульсов, равное с учетом выражений (2), (3) и (5)

N u.t-f 2N K-f

U.p

K,-K,.u,,

(6)

где К 2Ne const;

(Kf, ) - коэффициент, зависящий от параметров генератора 5 пилообразного напряжения. К концу второго полупериода преобразуемого напряжения в PC 27 и счетчике 26 импульсов сформируются коды, определяемые согласно уравнениям (2) и (3). При переходе через нулевое значение напряжения U , что соответствует окончанию указанного полупериода, срабатывает компаратор 33 блока 2 управления, импульс с выхода которого (фиг.2е) определяет последовательность операций, аналогичную рассмотренной, перебрасывает триггер

34 в положение II, It

fO

15

О, при этом потенциал 1 с инверсного выхода триггера 34 устанавливает переключатель 32 в положение 2, подключая к компара- тор у 33 напряжение U, а строб-им- 5 пульс с первого выхода блока 2 управления подготавливает элементы И 7 и 16; пройдя через элемент И 25 (фиг.2у), устанавливает триггер 15 в положение 1, при этом начинается заполнение счетчика 38 импульсов импульсами генератора 8 через элемент И 13 (фиг.2п), разрешает перезапись кода счетчика 26 импульсов в регистр 35 двоичного умножителя 11 и с некоторой задержкой, определяемой элементом 23 задержки,сбрасывает указанный счетчик в нуль, и т.д. При этом содержимое PC 27 начинает списываться импульсами двоичного умножителя 11, проходящими на его вход вычитания через элемент И 16 (фиг.2т) - до момента обнуления PC 27, соответствующего считыванию очередного результата преобразования (кода счетчика 38 импульсов) в регистр 24; реверсивный счетчи 9 начинает заполняться импульсами генератора 8, проходящими на его вход сложения через элемент И 7 за время, пропорциональное длительности прямоугольных импульсов с прямого выхода триггера 6 (фиг.2м).

Таким образом, в каждом полупери20

25

30

ра, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - со счетным входом первого триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами двухпозицонно- го переключателя, первый элемент И, первый вход которого соединен с пер- вым выходом блока управления, второй вход - с прямым выходом первого триггера, третий вход объединен с первыми входами второго и третьего элементов И и подключен к выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И соединен с входом сложения первого реверсивного счетчика, прямой выход второго триггера подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого подсоединен к первому входу двоичного умножителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены регистр, третий триггер, второй реверсивньш счетчик, счетчик импульсов, пять элементов задержки, три элемента ИЛИ, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой элементы И, первый вход четвертого элемента И объединен с вторым входом второ го элемента И, со входом пятого элемента задержки и соединен со вторым выходом блока управления, второй вход четвертого элемента И объединен

г - -- , .

оде входного напряжения (кроме перво- - с первым входом пятого элемента И и

го после подачи сигнала Пуск) предложенное устройство обеспечивает формирование и считывание результата преобразования, пропорционального и, что позволяет повысить его быстродействие вдвое по сравнению с известным устройством, где считывание искомого результата возможно только один раз. за период преобразуемого напряжения.

Фо. рмула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в код, содержащий два триггера, фазоинвертор, вход которого является входной шиной, а первый и второй выходы подключены соответственно к первому и второму входам блока управления и первому и второму информационным входам двухпозицион- ного переключателя, выход которого подключен к первому входу компарато40

45

50

55

подключен к первому выходу двоичного умножителя, а выход четвертого элемента И соединен с входом вычитания первого реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу переполнения второго реверсивного счетчика, третий вход второго элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход - с входом сложения второго реверсивного счетчика, второй вход пятого элемента И объединен с входом четвертого элемента задержки и соединен с первым вькодом блока управления, а выход - с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом первого элемента задержки, входом записи регистра и входом установки в О второго триггера, вход установки в которого подключен к выходу шееO

5

5

0

5

0

ра, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - со счетным входом первого триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами двухпозицонно- го переключателя, первый элемент И, первый вход которого соединен с пер- вым выходом блока управления, второй вход - с прямым выходом первого триггера, третий вход объединен с первыми входами второго и третьего элементов И и подключен к выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И соединен с входом сложения первого реверсивного счетчика, прямой выход второго триггера подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого подсоединен к первому входу двоичного умножителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены регистр, третий триггер, второй реверсивньш счетчик, счетчик импульсов, пять элементов задержки, три элемента ИЛИ, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой элементы И, первый вход четвертого элемента И объединен с вторым входом второ го элемента И, со входом пятого элемента задержки и соединен со вторым выходом блока управления, второй вход четвертого элемента И объединен

.

0

5

0

5

подключен к первому выходу двоичного умножителя, а выход четвертого элемента И соединен с входом вычитания первого реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу переполнения второго реверсивного счетчика, третий вход второго элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход - с входом сложения второго реверсивного счетчика, второй вход пятого элемента И объединен с входом четвертого элемента задержки и соединен с первым вькодом блока управления, а выход - с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом первого элемента задержки, входом записи регистра и входом установки в О второго триггера, вход установки в которого подключен к выходу шее

91

того элемента И, первый выход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а второй вход объединен с первьгми входами седьмого и восьмого элементов И, с выходом третьего элемента задержки, вторым вхо- дом двоичного умножителя, входом синхронизации третьего триггера и подключен к третьему выходу блока управления, третий вход двоичного умножителя подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого и второго реверсивных счетчиков и подключен к инверсному выходу третьего триггера, информационный вход которого является шиной Пуск, а прямой выход соединен с входом второго элемента задержки, счетный вход подключен к выходу генератора импульсов, а вход обнуления соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента задержки, выходы двоичного умножителя подключены к одноименным информационным входам регистра,выход четвертого элемента задержки соедине с вторым входом седьмого элемента И

7226

5

0

5

10

выход которого подключен к входу установки в 1 первого триггера, вход установки в О которого соединен с выходом восьмого элемента И, второй вход которого подключен к ходу пятого элемента задержки.

2, Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что двоичг ный умножитель выполнен на регистре, информационные входы и вход записи которого являются соответственно одноименными четвертыми входами и вторым входом двоичного умножителя, а выходы подключены к первым одноименным входам блока элементов И, вторые входы которого подключены к первым одноименным информационным выходам счетчика импульсов, а выходы соединены с одноименными входами элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом двоичного умножителя, вторые информационные выходы счетчика импульсов являются одноименными вторыми выходами двоичного умножителя, а вход обнуления,- третьим входом двоичного умножителя, первым входом которого является счетный вход счетчика импульсов.

Изобретение относится к автоматике и вьршслительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с циф-. ровыми вычислительными устройствами. В устройство, содержащее фазоинвер- тор 1, два двухпозиционных переключателя 3,.два компаратора 4, генератор 5 пилообразного напряжения, три триггера 6,15,17, генератор 8 импульсов, три элемента И 7,10,13,элемент ИЛИ 12, блок элементов И, три счетчика 9,26,27, с целью повьшения быстродействия введены триггер,пять элементов 21,22,23,28,29 задержки. пять элементов И 14,16,25, 30,31,элементы ИЛИ 19,20, два регистра и один счетчик. 1 з,п. ф-лы, 2 ил. с S (Л cpus.1