Комбинированный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/46 

со

О5

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано д.пя преобразования напряжения постоянного тока в цифровой код и ввода кода в управляющую ЦВМ. Целью изобретения ляется повышение помехоустойчивости АЦП при воздействии высокочастотных периодических и импульсных помех путем введения в комбинированный АЦП, содержащий блок сравнения, триггер, регистр последовательных приращений, реверсивный счетчик, ЦАП, генератор импульсов, элемента задержки и дополнительного реверсивного счетчика. 2 ип. с (t (Л

О1

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в цифровых системах автоматического управления динамическими объектами, в частности газотурбинными двигателями, для преобразования сигналов датчиков рабочих параметров в цифровой код.

Цель изобретения - повышение поме- ю Уравновешивания, причем этот этап

хоустойчивости.

На фиг.1 представлена.блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2- временная диаграмма.

Устройство содержит блок 1 сравне- 15 чение всего этапа следящего уравнове- ния, триггер 2, регистр последова- шивания на шине разрешения считыва- тельных приближений (РПП) 3, основной ния присутствует сигнал , разре- реверсивньй счетчик (PC) 4, цифроана-1 шающий потребителю считывание кода логовый преобразователь (ЦАИ) 5, геАЦП.

нератор 6 импульсов, элемент 7 задержки, дополнительный реверсивный счетчик 8.

Устройство работает следующим образом.

После поступления по шине запуска импульса запуска РПП 3 устанавливается в исходное состояние. При этом на выходе РПП Конец преобразования устанавливается сигнал 1, который запрещает считывание кода и одновремен- 30 и. . Этот сигнал, поступая на..

ос вторые входы реверсивных сметчиков,

но переводит оба реверсивных счетчика 4 и 8 в режимы записи параллельных кодов, поступающих на первые входы счетчиков.. С приходом первог о после запуска тактового импульса с генератора б импульсов РПП 3 начинает реализовать алгорит1 у поразрядного уравновешивания. В ходе поразрядного уравновешивания реверсивные счетчики

35

ос вторые входы реверсивных сметчиков,

определяет -направление счета: О - вычитание, 1 сложение. Код в счет чиках может изменяться только по фрон ту тактовых импульсов, которые подаются на счетные входы счетчиков 4 и В

Однако реверсивные счетчики работают в разных условиях. Первый PC 4 может считьшать только импульсы с выхода. 4 и 8 не влияют на работу АЦП. Цифре- 40 переполнения второго PC 8, поступ&о- вой код поразрядного уравновешивания щие на вход разрешения счета PC 4,

формируется на первом выходе РПП 3 и транслируется через первый PC 4 на вход ЦАП 5, который вырабатывает компенсирующий сигнал обратной связи, сравниваемый блоком 1 сравнения с входным сигналом. Сигналы.5лока 1 сравнения фиксируются по фронту тактовых импульсов в триггере и перепи- сьгоаются в РПП 3 с задержкой на время записи в триггер 2, определяемой элементом 7 задержки. После окончания поразрядного уравновешивания (момент t, на фиг.2) на первом выходе РПП устанавливается полноразрядный код преобразования, а на выходе Конец преобразования появляется сигнал О, по которому реверсивные счетчики переводятся в режим счета.

Одновременно в PC 4 производится запись кода РПП 3, и счетчик начинает работать именно с этого кода, а во второй PC 8 по первому входу записывается во все.разряды состояние выхода триггера 2, которое может быть равно или о, или 1. С момента времени .t, начинается этап следящего

поддерживается сигналом О с выхода РШ 3 до прихода следующего импульса запуска, а сам РПП в следящем режиме не влияет на работу устройства. В течение всего этапа следящего уравнове- шивания на шине разрешения считыва- ния присутствует сигнал , разре- шающий потребителю считывание кода

АЦП.

Работа устройства на этапе следящего уравновешивания заключается в следующем. Выработкой сигйала.обратной связи, снимаемого с ЦАП 5, управляет код, накапливаемьА в первом PC 4. В зависимости от знака разности входного сигнала и сигнала обратной связи на выходе блока 1 сравнения и далее триггера 2 вырабатывается сигнал . О при UB i Uoe и сигнал Г

при

30 и. . Этот сигнал, поступая на..

35

ос вторые входы реверсивных сметчиков,

определяет -направление счета: О - вычитание, 1 сложение. Код в счетчиках может изменяться только по фронту тактовых импульсов, которые подаются на счетные входы счетчиков 4 и В.

причем само изменение кода счетчика 4 происходит по тактовым импульсам. Для второго PC 8 счет разрешен всег5 да, поэтому вход разрешения счета на схеме не обозначен. После окончания этапа поразрядного уравновешивания на выходе триггера 2 фиксируется знак разности между иg и Uoe , имеющий

0 место в момент времени t,. Допустим, что после окончания работы РПП 3

u«(tO и,

ра 2 устанавливается го PC 8 этап следящего уравновещива- 5 ния начинается со значения кода, записанного с первых входов и равного П1...1, и направления счета в сторону сложения. Реверсивный счетчик 8 вырабатывает сигналы переполнения

-oo(t,) и на выходе тригге- 1. Для второ31

согласно следующей логической функции:

Р 000...О Вычитание ;

V 1П...1 Сложение.

Таким образом, на выходе второго ЕС 8 появляется сигнал переполнения, и nepsbtfi PC 4 производит наращивание кода на 1. Пусть в результате увеличения выходного кода на 1 выполняетс условие Ug ос Состояние второго PC 8 при этом характеризуется кодом 000...О, что имеет место при переполнении счетчика сверху, а направление счета, определяемое выходным сигна- лом триггера 2, идет в сторону вычитания. Согласно указанному выражению на выходе второго PC 8 вновь вьфаба- тывается сигнал переполнения, по которому код первого PC 4 уменьшится н 1, а второй PC 8 вновь устанавливается в состояние 1 ... 1 П . Таким образом, при изменении входного сигнала в диапазоне между двумя соседними уровнями квантования код основного PC 4 с приходом каждого тактового импульса изменяется на t1 младшего разряда, а состояние второго PC 8 изменяется от такта к такту, принимая значения 0...000 и 1...П1. При этом PC 8 каждый раз вырабатывает сигнал переполнения.

При воздействии на входе импульсной помехи (момент времени tj) код PC 8, изменившись на предыдущем такте после переполнения с 1 ... 1 1 1 на 0...000, со следующим тактовым импульсом принимает значение 0...001, так как направление счета не изменяется.и, следовательно, сигнал пере- полнения не вырабатывается. При неизменном направлении счета (т.е. неизменном знаке разности 0) Сигнал переполнения появляется лишь после прихода 2 тактовых импульсов, что эквивалентно уменьшению скорости отслеживания сигнала (т - разрядность дополнительного реверсивного счетчика. Для примера на фиг.2 2), т.е. повьш1ение помехоустойчивости.

По сравнению с прототипом предлагаемый комбинированный аналого-цифровой преобразователь благодаря введению элемента задержки, второго реверсивного счетчика и шины запуска име- ет более высокую помехозащищенность по отношению как к импульсным, так и .быстроменяющимся непрерывным помехам. Это достигается за счет того, что

Q 5 о 5 о

Q

5

574

при резком уйеличении.скорости изменения входного сигнала, что свойственно импульсным и высокочастотным периодическим помехам, в предлагаемом устройстве скачком изменяется скорость отслеживания входного сигнала, вследствие чего повьш1аются фильт- р тощие свойства АЦП, устойчивость его работы. При этом малая динамическая погрешность в полосе частот полезного сигнала, заданное время преобразования на этапе поразрядного уравновешивания, а также уровень подавления высокочастотных и импульсных помех определяются выбором значений такто- . вой частоты и разрядности дополни -., тельного реверсивного счетчика. Для сравнения на фиг.2 показана штриховой линией реакция на импульсную помеху прототипа, откуда видно, что в прототипе при прочих равных; условиях возмущение от действия помехи более чем в три раза превосходит возмущение, имеющее место в предлагаемом устройстве. Кроме того, в предлагаемом комбинированном АЦП отсутствуют сбЬи в работе, представляющие собой ложные переключения из следящего режима в режим поразрядного уравновешивания и обратно при воздействии интенсивных импульсных помех, что может иметь место в прототипе. Это объясняется тем, что переключатель метода уравновешивания в прототипе принципиа-пьно построен так, чтобы при попадании сигнала рассогласования, вырабатываемого схемой сравнения, Б зону, определяемую порогов.ыми элементами, происходит пе:реключение метода уравновешивания.

Формула изобретения

Комбинированный аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналогового пре- образователя, а выход подключен к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика и информационным входом регистра последовательных приближений, инфо рмационные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами реверсивного счетчика, счетный вход которох о объединен со счетным входом регистра последовательных приближений, выход

5136

Конец преобразования которого является шиной разрешения считывания, а выходы реверсивного счетчика соединены с .соответствующими входами циф- роаналогового преобразователя и являются выходной шиной, генератор импульсов, отличающийся- тем, что, с целью повьш1ения помехоустойчивости, в него введены элемент задержки и дополнительный реверсивный счетчик, информационные входы и управляющий вход которого подключены к выходу триггера, счетный вход объединен со счетным входом реверсивного

76

счетчика и подключен через элемент задержки к выходу генератора импульсов, выход которого соединен с втог рым входом триггера, вход запуска регистра последовательных приближений является шиной запуска, а входы разрешения записи реверсивного счетчика и дополнительного реверсивного счетчика соединены с выходом Конец преобразования регистра последовательных приближений, причем выход переполнения дополнительного реверсивного счетчика подключен к входу разре;- шения счета реверсивного счетчика.