Устройство аналого-цифрового преобразования Советский патент 1989 года по МПК H03M1/10 

1

Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования сигналов и предназначено для использования в информационно-измерительных системах.

Цель изобретения - повышение точности при одновременном увеличении быстродействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 --схема блока деления; на фиг.З - схема дифференциального блока.

Устройство содержит входную шину 1, дифференциальный блок 2, аналого- цифровой преобразователь 3 (АЦП), шиЈъ00

ну 4 запуска, выходную шину 5, сумматор 6, счетчик 7 импульсов, элемент ИЛИ 8, формирователь 9 задержанного импульса, регистр 10, блок 11 деления, шину 12 сброса, шину 13 задания объема выборки, элемент И J4, шину 15 готовности, элемент ИЛИ 15, формирователь 17 задержанного импульса, элемент И 8,триггер )9, генератор 20 импульсов, элемент ИЛИ 21 и триггер 22.

Блок 11 деления содержит иифроана- логовый преобразователь 23 (ЦАП), регистр 24,кодоуправляемый лелитель 25.

to J

3-148

Дифференциальный блок 2 содержит дифференциальный усилитель 26, аналоговый инвертор 27, первый и второй аналоговые ключи 28 и 29 и элемент НЕ 30.

Устройство работает следующим образом.

По внешнему сигналу сброса устройство переключается в исходное со- стояние, в котором содержимое сумматора 6 и регистра 10 оказывается левым,в счетчик 7 и регистр 24 блока 11 записывается код объема выборки, выходной сигнал триггера 19 становит- ся нулевым и блокирует элемент И 18, а соответствующий нулевой сигнал триггера 22 блокирует элемент К 14 По первому внешнему сигналу запуска (шина 4) запускается АЦП 3 и его сиг- налом готовности переключается триггер 19, чем деблокируется элемент И 18 (второй вход этого элемента деблокирован единичным сигналом триггера 22). Далее импульсом генератора 20 выполняется следующий запуск АЦП и этим же импульсом, переданным через элемент ИЛИ 16, вновь переключается триггер 19, вновь блокируя элемент И 18. Описанный запуск АЦП 13 сигна- ламп генератора 20 повторяется по мере формирования сигналов готовности АЦП 3, которые не передаются «ерез блокированный элемент И 14 на шину 15, при этом в течение некоторого интервала времени наблюдения, определяемого соответствующим объемом выборки, сумматор 6 и блок 11 вычисляют среднее значение (математическое ожидание) полученных на выходе АНД 3 кодированных значений входного сигнала. Составляющими вычисленного среднего являются как постоянная составляющая измеряемого процесса, так и отличные от нулевых значений сигна лы аналоговых цепей блока АЦП обусловленные дрейфом АЦП, а в общем случае дрейфом всего измерительно- го канала.

Объем выборки задают в виде числа

(кода) на шине 13. Этот код записывают предварительно в счетчик 7,работающий на вычитание. По каждому сигна лу запуска в АЦП 3 кодируется теку- щее значение измеряемой величины, при этом сигналы конца цикла измерения АЦП 3 уменьшают содержимое счетчика 7 .

По сигналам концов циклов измерений АЦП 3 выходные коды суммируются сумматором 6 с учетом знака. С завершением цикла преобразования последней дискреты из выборки заданного объема содержимое счетчика 7 становится нулевым, что отображается соответствующим изменением сигнала на выходе этого счетчика, По изменению выходного сигнала счетчика 7 в регист

10переписывается из сумматора 6 накопленная алгебраическая сумма чисел. В формирователе 9 с задержкой, необходимой для упомянутой переписи, а также установления напряжения на выходе блока 1i и, соответственно, сигнала на выходе дифференциального блока 2, формируется импульс, которым

в счетчик 7 вновь записывается код объема выборки, заданный на шине 13. Одновременно выходным импульсом формирователя 9 переключается триггер 22, изменившимися выходными сигналами которого деблокируется элемент И 14 и блокируется элемент И 18. При этом из-за задержки формирователя 17 импульс, сформированный из соответствующего сигнала готовности АЦП 3, поступит на вход триггера 19 лишь после того, как элемент И 18 забло- кируется нулевым сигналом триггера 22, тем самым в последующем исключается запуск АЦП 3 импульсами генератора 20 до появления нового сигнала сброса (вход 12). Появление первого сигнала готовности на шине 15 сигнализирует о готовности АЦП 3 к считыванию из него кода и к возможности последующих запусков внешними сигналами, так как после реализации первого объема выборки на выходе блока

11оказалось сформированным напряжение, эквивалентное сумме постоянной составляющей измеряемого сигнала и дрейфа нуля АЦП,

Блок 11 может быть выполнен по различным схемам, в частности по схеме, представленной на фиг.2. Код объема выборки хранится в регистре 24 этого блока. Код накопленной суммы преобразуется в этом блоке ЦАП 23 в эквивалентное напряжение, которое делится кодоуправляемым делителем 25 на объем выборки. Таким образом, с выхода кодоуправляемого делителя 25 | на соответствующий вход дифференци - ального блока 2 передается напряжение эквивалентное модулю суммы среднего

514

значения входного сигнала и дрейфа нулевого уровня АЦП 3. Одновременно с соответствующего выхода регистра 10 в дифференциальный блок 2 переда-- ется кодовый сигнал знака числа, записанного в регистре (1 соответствует отрицательному знаку). В зависимости от этого знака в дифференциальном блоке 2 (фиг.З) открывает- ся аналоговый ключ 28 или 29 и на инверсный вход дифференциального усилителя 26 поступает выходное напряжение делителя 25 блока 11 отрицательного (после инвертирования элементом 27) или положительного знака соответственно. При этом в дифференциальном усилителе 26 выходное напряжение кодоуправляемого делителя 25 вы- читается с учетом знака (передаваемог из регистра 10) из измеряемого сигнала. Тем самым сигнал на измерительной входе АЦП 3 центрируется, причём из него исключаются как постоянная составляющая входного измеряемого сигнала, так и отличное от нуля значение, исходного уровня АЦП (дрейф нуля), представляющее собой систематическую погрешность аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, для коррекции дрейфа не нужно закорачивать вход А1Щ и прерывать процесс измерений.

Дифференциальный блок можно включать также непосредственно на входе аналого-цифрового измерительного канала, устраняя тем самым смещение нулевого уровня всего измерительного тракта, включая -канал передачи сигнала. -Далее процесс коррекции и центри- рования повторяется параллельно с кодированием измеряемой величины и пе- редачей соответствующих кодов на шину 5 аналогично описанному, но по внешним сигналам запуска, поступающим на шину 4, например, из ЭВМ или регистратора. С записью каждого нового числа из сумматора 6 предыдущее содержимое регистра 10 автоматически стирается. Триггер 22 выполнен, на- пример, по схеме П-триггера, Поэтому по мере появления выходных сигналов обнуления счетчика 7, поступающих с задержкой в формирователе 9 на вход синхронизации этого триггера, он после первого переключения больше не переключается до появления нового. сигнала сброса на его К-входе;пере- данного через шину 12 устройства,

276

.тем самым поддерживается рабочий режим измерений.

Формула изобретения

1 . Устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее дифференциальный блок, первый вход которого является входной шиной, а выход соединен с измерительным входом аналого-цифрового преобразовггтелп, выходы которого являются выходной шиной, отличающееся тем, что, целью повышения точности при одновременном увеличении быстродействия, в него введены сумматор, регистр, три элемента ИЛИ, два формирователя задержанного импульса, блок деления, два элемента И, два триггера, генератор импульсов и счетчик импульсов, выход которого подключен к входу записи регистра и через последовательно соединенные первый формирователь задержанного импульса и первый элемент ИЛИ к входу записи счетчика импульсов, выходы сумматора соединены с соответствующими входами регистра, выход знака которого соединен с вторым входом дифференциального блока, а кодовые выходы соединены соответственно с первыми кодовыми входами блока деления, аналоговый выход которого подключен к третьему вх оду дифференциального блока, а вторые кодовые входы объединены с кодовыми входами счетчика импульсов и являются шиной задания объема выборки, счетный вход счетчика объединен с управляющим входом сумматора, входом второго формирователя задержанного импульса, первым входом первого элемента К и подсоединен к выходу сигнала готовности аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соответственно соединены с информационными входами сумматора, второй вход первого элемента ИЛИ объединен с первым входом второго элемента ИЛИ, входами установки в О регистра, сумматора и. D-входом первого триггера и является шиной сброса, прямой выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого является шиной готовности, С-вход первого триггера подключен к выходу первого формирователя задержанного импульса, а инверсный выход соединен с первым входом второго элемента И,

к второму входу которого подключен выход генератора импульсов, к третьему входу - прямой выход второго триггера, а вьсход через третий элемент ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя и через второй элемент ИЛИ с входом установки в О второго триггера, вход установки в 1 которого соединен с выходом второго формирователя задержанного импульса,

2. Устройство по п. 1, о т л и - чающ ееся тем, что дифференциальный блок содержит дифференциальный усилитель, аналоговый инвертор, элемент НЕ и два аналоговых ключа,

0

выходы которых объединены и подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя, неинвертирующин вход которого является первым входом блока, а выход является выходом бло ка, вход аналогового инвертора объединен с информационным входом первого аналогового кчюча и является третьим входом блока, а выход соединен с информационным входом второго аналогового ключа, управляющий вход которого объединен с входом элемента НЕ и является третьим входом блока, выход элемента НЕ соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, другим входом соединенным с вторым входом блока.

Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования сигналов и предназначено для использования в информационно-измерительных системах. Изобретение позволяет повысить точность измерений при одновременном увеличении быстродействия за счет того, что в устройство, содержащее дифференциальный блок и аналого-цифровой преобразователь, введены сумматор, счетчик импульсов, блок деления, два формирователя задержанных импульсов, регистр, три элемента ИЛИ, два элемента И, два триггера, генератор импульсов. Введение указанных блоков позволяет повысить точность измерения за счет коррекции дрейф нулевого уровня и устранения постоянной составляющей сигнала. При этом увеличение быстродействия достигается за счет того, что тем же преобразователем кодируется только отклонение сигнала от постоянной составляющей, а также путем исключения дополнительного такта коррекции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

0-0

W t

25

14

Фаа.2