Устройство для сравнения напряжений Советский патент 1987 года по МПК G05B1/01 

Изобретение относится к устройствам автоматики и вычислительной техники с аналого-цифровыми преобразователями и может быть использовано ;- для сравнения напряжений на выходах координатных фотоприемников при амплитудных и времяимпульсных методах обработки информации.

Цель изобретения - повьшение точ- 10 ности результатов сравнения напряжений и расширение области применения устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - 15 представлены диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит первый и второй компараторы 1 и 2, первый 3 и второй 4 источники сравниваемых на- 20 пряжений, источник 5 стробирующего напряжения, первый, второй и третий одновибраторы 6,7 и 8, первый и второй элементы ЗИ-2ИЛИ-НЕ 9 и 10, пержения высокого уровня (соответствующие лог. Г )„ Компараторы 1, 2, 16 и 22 по балансировочным входам при помощи резисторов 17, 18, 19 и 24 смещаются до получения на их выходах напряжений низкого уровня (соответствующего лог. О). Величина напряжения смещения компараторов одновременно определяет и их пороги срабатывания. При этом инверсные выходь) компараторов 16 и 22 подключаются к общей шине 21 устройства. Частота следования тактовых импульсов генератора 15 устанавливается максимально возможной цпя используемых элементов. Если на выходе источника 29 управляющего сигнала установлен низкий уровень напряжения (лог. О), то это (за счет элемента 14 НЕ) приводит к появлению на выходе элемента 26 2И-2ИЛИ-НЕ также низкого уровня напряжения, которое, поступая на вход внешнего управления (вход R)гевый и второй элементы И 11 и 12, пер- генератором 15 тактовых шдаульсов, вый элемент И-НЕ 13, элемент НЕ 14, разрешает его работу в режиме непрегенератор 15 тактовых импульсов, третий компаратор 16, первый, второй и третий переменные резисторы 17, 18 и 19, источник 20 напряжения питания общую шину 21, четвертьй компаратор 22, четвертый одновибратор 23, четвертый переменный резистор 24, второй элемент И-НЕ 25, элемент 2И-ИЛИ- НЕ 26, первый и второй элементы ЗИ 27 и 28 и источник 29 управляющего сигнала.

Генератор 15 тактовых импульсов состоит из двух одновибраторов 30 и

рывнои генерации импульсов.

Когда разница амплитуд входных импульсов, поступающих с выходов источ- 30 НИКОВ 3 и 4 на входы компараторо в 1, 2, 16 и 22, превышает порог срабатывания компаратора 16 (или 2), на выходе одного из них появляется напряжение, соответствующее лог. 1. Ее- 35 ли сработает компаратор 1, сигнал с его вьшода через первую группу входов элемента 9 ЗИ-2ИЛИ-НЕ разрешает поступление тактовых импульсов генера- тора 15 на запуск первого одновибра- 31. Позициями 32-48 обозначены входы- 40 тора 6, Кроме того, на вход первого выходы,одновибратора 6 проходят также имНа выходе источника 20 напряжения пульсы напряжения, выработанные во питания формируются постоянные напря- время переходных процессов в компара- жения 5В, 15В и -15В„

Устройство может работать в двух режимах: в. режиме без стробирования и в режиме стробирования внешним сигналом.

В режиме без стробирования устройство работает следующим образом. gg

Для задания режима работы без стробирования на выходе источника 29 управляющего сигнала устанавливается напряжение низкого уровня (соответствующее логическому нулю). В исход- gg жений по сравнению с длительностью ном состоянии на выходах 42, 43, 46- сравниваемых,напряжений происходит 48 устройства имеются напряжения низ- лишь на величину, равную периоду сле- кого уровня, на инверсных выходах одновибраторов 6, 7, 8 и 23 - напря

торе 1 и совпадающие по времени с так- 45 товыми импульсами. Данная последовательность импульсов запускает первый одновибратор 6 при появлении на его входе первого полноценного логического перепада. Время формирования импульсов в одновибраторах 6, 7, 8 и 23 устанавливается равным периоду следования импульсов с выхода генератора 15. Благодаря этому удлинение времени формирования выходных напрядования тактовых импульсов на выходе генератора 15 и остается неизменным

жения высокого уровня (соответствующие лог. Г )„ Компараторы 1, 2, 16 и 22 по балансировочным входам при помощи резисторов 17, 18, 19 и 24 смещаются до получения на их выходах напряжений низкого уровня (соответствующего лог. О). Величина напряжения смещения компараторов одновременно определяет и их пороги срабатывания. При этом инверсные выходь) компараторов 16 и 22 подключаются к общей шине 21 устройства. Частота следования тактовых импульсов генератора 15 устанавливается максимально возможной цпя используемых элементов. Если на выходе источника 29 управляющего сигнала установлен низкий уровень напряжения (лог. О), то это (за счет элемента 14 НЕ) приводит к появлению на выходе элемента 26 2И-2ИЛИ-НЕ также низкого уровня напряжения, которое, поступая на вход внешнего управления (вход R)гепульсы напряжения, выработанные во время переходных процессов в компара-

жений по сравнению с длительностью сравниваемых,напряжений происходит лишь на величину, равную периоду сле-

торе 1 и совпадающие по времени с так- товыми импульсами. Данная последовательность импульсов запускает первый одновибратор 6 при появлении на его входе первого полноценного логического перепада. Время формирования импульсов в одновибраторах 6, 7, 8 и 23 устанавливается равным периоду следования импульсов с выхода генератора 15. Благодаря этому удлинение времени формирования выходных напряжений по сравнению с длительностью сравниваемых,напряжений происходит лишь на величину, равную периоду сле-

дования тактовых импульсов на выходе генератора 15 и остается неизменным

как ц стгучае коротких, так и больших по длительности входных напряжений.

При запуске первого одновибрато- ра 6 на его инверсном выходе появляется напряжение низкого уровня, блокирующее первую группу входов элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 10, а на его прямом выходе - напряжение высокого уровня, разрешающее прохождение напряжения через вторую группу входов элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 9. После окончания процесса сравнения напряжений в устройстве появляются сопровождающие выбросы, при сравнении которых уже на выходе компаратора 2 вырабатывается напряжение высокого уровня. Поскольку первая группа входов элемента ЗИ-2Ш1И- НЕ 10 закрыта (так как блокируется напряжением низкого уровня с инверсного выхода одновибратора 6), то группа тактовых импульсов, количеств которых определяется длительностью напряжения на ыходе второго компаратора 2, поступает вновь на запуск одновибратора 6, Это приводит к тому что на выходе 42 устройства за счет использования одновибратора 6 с повторным запуском вырабатывается напряжение высокого уровня в течение времени, определяемом длительностью сравнения напряжений, длительностью выбросов, сопровождающих процесс сравнения, и длительностью формирования импульса одновибратором 6.

I , .

Таким образом, устраняется информация, получаемая при срабатывании компараторов 1 и 2 от фоновой (шумовой) составляющей напряжений, что предотвращает искажение информации о результате сравнения напряжений. На выходе третьего компаратора 16 и четвертого компаратора 22 напряжение выти, но одновременно производить оцен ку величины разности их длительностей, крутизны фронтов и амплитуд. Кроме того, информация, заключенная в длительности сигналов на выводах 47 и 48 устройства, может служить и для оценки временных задержек между сравниваемыми напряжениями, если между ними возможны временные сдвиги На прямом выходе третьего одновиб ратора 8 сигнал высокого уровня форсокого уровня формируется всякий раз, когда появляются напряжения соответ- 45 мируется каждьш раз при срабатывании ственно на выходах источников 3 и 4. компаратора 16 от напряжения с выхо- Высокий уровень напряжения с выходов компараторов 16 и 22 открывает элементы И-НЕ 13 и 25 для прохождения тактовых импульсов генератора 15 на запуск одновибраторов 8 и 23, на выходах которых будут вьфабатываться сигналы в течение длительности срав50

да источника 4. Однако, до тех пор пока амплитуды напряжений на выходах источников 3 и 4 не равны, напряжение низкого уровня с инверсного выхода одновибратора 6 или 7 (которые появляются при их запуске по сигналам компараторов 1 или 2) через элемент И 11 блокирует поступление сиг- 55 нала с одновибратора 8 на выход 46 устройства. Как только напряжения на выходах источников 3 и 4 оказываются равными по амплитуде, компараторы 1 и 2 не вырабатывают напряжений

ниваемых напряжений и времени формирования одновибраторов. Сочетание импульсов высокого и низкого напряжения соответственно с прямых и инверсных выходов одновибраторов 8 и 23 на входах элементов ЗИ 27 и 28

0

5

приводит к появлению на рыход;)х 4 7 и 48 устройства сигналов высокого уровня, длительность и время появления которых зависит от длительности и формы сравниваемых напряжений. Ксли, например, напряжение с выхода источника 3 больше по амплитуде и по длительности, чем напряжение с выхода источника 4 (см. фиг. 2), то сигналы высокого уровня, информирующие о большей амплитуде и длительности напряжения с источника 3 выработаются соответственно на выходах 42 и 47 устройства. Причем на выходе 47 уст- poйc tвa будет выработано два сигнала: один по началу сравнения (из-за разной амплитуды и крутизны фронта нарастания напряжений), а второй - по окончании (из-за разной длительности напряжений). Одновременно длительность данных сигналов, зависящая от длительностей, амплитуд и крутизны фронтов сравниваемых напряжений, позволя- 5 ет делать оценку того, насколько отличаются сравниваемые напряжения по длительности, крутизне фронтов и амплитуде (для сигналов с одинаковой формой напряжения). Таким образом, совокупность сигналов на выходах 42 и 43, 47 и 48 устройства позволяет в результате сравнения напряжений определять не только больший (меньший) из них по амплитуде и по длительнос0

0

ти, но одновременно производить оценку величины разности их длительностей, крутизны фронтов и амплитуд. Кроме того, информация, заключенная в длительности сигналов на выводах 47 и 48 устройства, может служить и для оценки временных задержек между сравниваемыми напряжениями, если между ними возможны временные сдвиги. На прямом выходе третьего одновибратора 8 сигнал высокого уровня формируется каждьш раз при срабатывании компаратора 16 от напряжения с выхо-

мируется каждьш раз при срабатывании компаратора 16 от напряжения с выхо-

да источника 4. Однако, до тех пор пока амплитуды напряжений на выходах источников 3 и 4 не равны, напряжение низкого уровня с инверсного выхода одновибратора 6 или 7 (которые появляются при их запуске по сигналам компараторов 1 или 2) через элемент И 11 блокирует поступление сиг- нала с одновибратора 8 на выход 46 устройства. Как только напряжения на выходах источников 3 и 4 оказываются равными по амплитуде, компараторы 1 и 2 не вырабатывают напряжений

1:

и на инверсных выходах одновибрато- ров 6 и 7 сохраняются исходные напряжения (т,е . напряжения высокого уровня) , благодаря чему- и на выходе элемента И 11 будет высокий уровень напряжения. Это разрешает прохождение сигналов высокого уровня с прямого выхода одновибратора 8 через элемент И 12. В результате на выходе 46 устройства появляется напряжение соответствующее моменту равенства напряжений на выходах источников 3 и 4, Таким образом, при сравнении сигналов с различной формой напряжения в течение времени сравнения возможно появление сигналов как на выходах 42 или 43 и 47 или 48 устройства (по началу или по окончании напряжений, Когда из-за разной формы они имеют на выходах источников 3 и 4 различную амплитуду и длительность), так и на выходе 46 устройства (в момент равенства амплитуд). Совокупность данных сигналов повышает достоверность результата сравнения, поскольку обеспечивает больше информации о сравниваемых напряжениях.

1 В режиме стробирования внешним напряжением устройство работает следующим образом. Поскольку в результате внешнего стробирования длительность сравниваемых напряжений оказывается одинаковой и определяется длительностью стробируюш;его сигнала, то в данном случае устройство работает только в режиме сравнения амплитуд напряжений с выходов источников 3 и 4 В исходном состоянии на выходе источника 29 управляюш его сигнала устанавливается напряжение высокого уровня (лог. 1), а на выходе источника 5 стробирующего сигнала - напряжение низкого уровня. Это приводит к тому, что на выходе элемента. НЕ 14 имеется напряжение низкого уровня, блокирующее прохождение сигналов через элементы ЗИ 27, 28 на выходы 47 и 48 устройства, а на .выходе элемента 26 2И-2ИЛИ-НЕ - высокий уровень, блокирующий работу генератора 15 тактовых импульсов. Появление напряжения высокого уровня на выходе источника 5 стробирующего сигнала вызывает формирование на выходе элемента 2И-ИЛИ- НЕ 26 напряжения низкого уровня, что разрешает вьфаботку тактовых импульсов на выходе генератора 15, количество которых определяется дли

телыюстыо строби ующего напряжения , При этом лог. 1 на прямом выходе одновибраторов 6, 7, 8 и 23 вырабатывается только в этом случае, если напряжение на выходе соответствующего компаратора 1, 2, 16 и 22 сопровождается появйтением тактовых импульсов на выходе генератора 15,

Формула изобретения

Устройство для сравнения напряжений, содержащее первый и второй компараторы, прямые и инверсные входы которых перекрестно соединены и подключены соответственно к выходам первого и второго источников сравниваемых напряжений, источник стробирующего напряжения, первый, второй и третий одновибраторы, первый и второй элементы ЗИ-2ИЛИ-НЕ,, первый и второй элементы И, первьш элемент И-НЕ, элемент НЕ, генератор тактовых импуль- сов, третий компаратор, первый, второй и третий переменные резисторы, соединенные первыми и вторыми выводами с первыми и вторыми балансировочными входами первого, второго и третьего компараторов соответственно, выводы подвижного контакта первого, второго и третьего переменных резисторов соединены с первым выходом источника напряжения питания и первыми входами питания первого, второго и третьего компараторов, второй выход источника напряжения соединен с вторыми входами питания первого, второго и третьего компараторов, третьи входы питания которых подключены к третьему выходу источника напряжения питания, четвертые входы питания первого, второго и третьего компараторов соединены с общей шиной устройства и с инверсным входом третьего компаратора, третий вход первого и шестой вход второго элементов ЗИ-2ИЛИ-НЕ подключены к выходу первого компаратора, Е естой вход первого и третий вход второго элементов ЗИ-2ИЛИ НЕ подключены к выходу второго компаратора, прямой выход первого одновибратора соединен с пятым входом первого элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ и nepBb iM выходом устройства, прямой выход второго одно- вибратора соединен с пятым входом второго элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ и вторым выходом устройства, а инверсные выходы первого и второго одновибраторов

71

связаны соответственно с вторыми входами второго и первого элементов ЗИ-2ИЛИ-НЕ, прямой вход третьего компаратора подключен к выходу втор.ого источника сравниваемого напряжения, выход третьего компаратора соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и к первому и четвертому входам первого и второго элементов ЗИ-2ИЛИ-НЕ, а выход первого элемента И-НЕ соединен с входом третьего од- новибратора, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности результатов сравнения напряжений и расширения области применения устройства, введены четвертый компаратор, четвертый одновибратор, четвертый переменньй резистор, второй элемент И-НЕ, элемент 2И-ИЛИ-НЕ, два элемента ЗИ и источник управляющего сигнала, причем первый и второй выводы четвертого переменного резистора соединены с первым и вторым балансировочными входами четвертого компаратора, а вывод подвижного контакта- четвертого переменного резистора связан с первым выходом источника напряжения питания, прямой и инверсный . входы четвертого компаратора подключены соответственно к выходу первого источника сравнивающего напряжения и общей шине устройства, а выход соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, первый вход которого сое. 5

451678

динен с выходом генератора тактовых импульсов, подключенного входом внешнего управления к выходу элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, первый вход которого связан с источником стробирующего напряжения, второй вход - с источником управляющего сигнала и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым Q входам первого и второго элементов ЗИ 1. третьему и четвертому входам элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом четвертого одновибратора, инверсные вы- с ходы первого и второго одновибраторов подключены к первому и второму входам первого элемента И, связанного выходом- с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с третьим выходом устройства, а второй вход второго элемента И подключен к первому входу первого элемента ЗИ и прямому выходу третьего одновибратора, соединенного инверсным выходом с пер- 25 вым входом второго элемента ЗИ, прямой и инверсный выходы четвертого одновибратора соединены соответственно с третьими входами второго и первого элементов ЗИ, выходы которых подключены к четвертому и пятому выходам устройства, первый, второй и третий входы питания четвертого компаратора соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами источника напряжения питания,а четвертый вход питания четвертого компаратора соединен с общей шиной устройства.

20

30

5

Изобретение относитря к устройствам автоматики и вычислительной техники с аналого-цифровыми преобразователями и может быть использовано для сравнения напряжений на выходах координатных фотоприемников при амплитудных и времяимпульсных методах обработки информации, С целью повышения точности результатов сравнения напряжений и расширения области применения с помощью аналоговых компараторов, логических элементов и од- новибраторов с повторным запуском, тактируемых в течение времени сравне- . НИН, на выходах устройства производится выработка группы сигналов. Сочетание данных сигналов позволяет в результате сравнения напряжений определять больший, меньший или равный по амплитуде и по длительности, а также производить оценку величины их разности. В результате за счет получения большей информации о сравниваемых напряжениях имеется возможность сравнивать сигналы с ра:зличной формой напряжения при одновременном повьшгении достоверности результата сравнения. 2 ил. С/) с: СА: ел