Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1989 года по МПК H03M1/60 

3150

и 22 импульсов, элементы И 23-27, элементы ИЛИ 28 - 30, группу элементов И 31.I

На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены: 32 - сигнал пуска АЦП в работу; 33- импульс одновибратора 15; 34-36 - сигналы на выходах 1 триггеров 12, 13 и 14 соответственно; 37 - импульсы с выхода ПНЧ 7; 38 временные интервалы работы распределителя 20; 39 - импульс переполнения счетчика 10; 40 - сигнал на выходе о одновибратора 16; 41 - сигнал на шине 5; 42 - сигнал на вы- ходе о одновибратора 18,

АЦП работает следугацим образом.

В моменты времени, когда не выполняется преобразование входного сиг7 подключено опорное

Выходные импульсы KUp (К - коэффициент преобразонала и , к .ПНЧ н ап ряже ни е U„«

FO

вания ПНЧ) с выхода ПНЧ 7 через элемент ИЛИ 30 последовательно запускают формирователи 21 и 22. Импульс первого из них записывается в регист код п из младших разрядов счетчика 9, а импульс формирователя 22 устанавливает через элемент ИЛИ 29 в последнем код О, На вход счетчика 9 поступают импульсы от генератора 11 с частотой f ПоРо. За время од

в нем накопится

п , где По - ем9.

кость младших разрядов счетчика

f1

или п --- По+п, откуда п --,--п

оо

Изменения во времени и от температуры параметров элементов генератора 11 и ПНЧ 7 приводят к изменению величины п, которая с каждым импульсом Fg записывается в регистр 19 и используется в процессе преобразования,

Преобразование начинается по отрицательному перепаду сигнала 32 пуска АЦП, запускакздему одновибра- тор 15, выходной импульс 33 которого устанавливает коды О в счетчиках В, 10 и 9, а отрицательным перепадом - О в триггер 14, 1 в триггер 12,

Выходной сигнал 34 триггера 12 с помощью переключателя 6 подключает к ПНЧ 7 выходной сигнал U, запрещает прохождение импульсов F 37 через элемент ИЛИ 30 и разрешает работу элемента И 23, Выходные импульсы 37

ПНЧ 7 имеют частоту F KU и проходят через элементы И 23 и ИЛИ 28 на вход счеТчика 8, где формируют код N, и н.а вход распределителя 20, В нем с каждым импульсом F на выходах последовательно со сдвигом во времени появляются импульсы. Эти импульсы проходят только через те элементы И 31, у которых на входах от разрядов регистра 19 присутствуют сигналы 1, Поэтому в счетчике 10 выполняется поразрядное суммирование, и находящийся в нем код с каждым импульсом F JJ увеличивается на п,,

а при получении числа п его переполнение (пр - чика 10),

g происходит емкость счетВремя измерения Т формируется

счетчиком 9, имеющш

ших и старших разрядов п,, и N. На

емкости млад- о

0

вход поступают импульсы частоты f, поэтому через ПдКо импульсов наступает его переполнение. Этим сигналом в триггере 12 установится О, Преобразование U, заканчивается. Время измерения U равно Т.о, За это время в счетчик 8 от ПНЧ 7 поступит N, КЦ.Т j импульсов, а

nNt также - - импульсов переполнения от

По

счетчика 10 через элемент ИЛИ 28 К окончанию Т в счетчике 8 будет получен результат преобразования;

N, N,(по

KU,n,N,

5Т .

Подставив значение п --- - лучим

по5

0

5

f

KU7n

о|

N KU,,,(l +

Ui.N Uc

Таким образом, благодаря использованию величины п, х.арактеризующей изменение параметров f и К а АЦП, к корректировке кода N в процессе преобразования и, за время Т сформулирован окончательный результат преобразования Nj, в котором составляющие погрешности от изменения параметров АЦП отсутствуют,

Требуемая точность измерения 1/7 для получения п и соответствующего ей значения частоты f генератора 11 может быть достигнута при условии выполнения корректировки кода N, на

единицу, вызванную изменением f и К, при преобразовании Uj,. U,, в код N , кoгдaN NO - 1, В результате преобразования должен быть получен код

N

откуда

п

э (NO - 1)(1 + п), 1

t поэтому величина п,, должна

Ир-1

быть не меньше (N - 1), а частота генератора П f (ТИ - 1), Это определяет объем счетчика 10 и объем младших разрядов счетчика 9, которые должны быть не менее (Np - 1),

По окончании очередного преобразования в АЦП формируется новое значение п. С установкой о в триггере 12 в триггер 13 записывается 1. Сигнал 35 с выхода 1 триггера 13 разрешает работу элементов И 24 и 25, через последний из .которых первый импульс FQ 37 от ПНЧ 7 проходит на счетный вход триггера 14, записывая в нем 1 Этот же импульс запускает формирователи 21 и 22, но записываемый в регистр код п может не соответствовать величине 1/F, так как с выхода ПНЧ 7 первый импульс после Т. может поя1/F«

извиться через время, меньшее i/г , за остаточного заряда от U в интег- конденсаторе ПНЧ 7, Поэтому следующее преобразование может выполняться только после записи нового значения п вторым импульсом F 37, который в триггере 14 установит О, а сигнал 36 с его выхода 1 отрицательным перепадом установит О в триггере 13 (сигнал 35). Сигнал с выхода 1 последнего используется в качестве сигнала как об окончании преобразования, так и о готовности АЦП к выполнению нового преобразования.

Сигнал 41 подается на клемму 5 с выхода элемента И 24. Благода:ря наличию сигнала 40 от одновибратора 16, запускаемого в работу с окончанием Т и предназначенного для формирования задержки на время появления дополнительного импульса от переполнения счетчика 10, сигнал 41 формируется с задержкой во времени, исключающей возмолшость считывания недостоверного кода от переходного процесса в счетчике 8, вызванного этим имщльсом переполнения.

В АЦП введены элементы И 26, одно- вибратор 17 и элемент ИЖ 30, благо - даря которым исключается возможность записи недостоверного кода п в ре

гистр 19 при совпадении импульсов f и F во время переходного процесса в счетчике 9.

В этих случаях запускается одно- вибратор 17 и на выходе элемента ИЛИ 30 сигнал FO удлиняется на время дли- тельности импульса этого одновибратора, что обеспечивает запись кода

Q после упомянутого переходного процесса. ,

Запись недостоверного кода п может произойти при совпаден1-ш импульсов f и Fg к моменту запуска АПП в работу,

15 Поэтому в АЦП установка кода О в счетчике 9 осуществляется при помощи элемента И 27 и одновибратора 18, запускаемого положительным перепадом сигнала 33. Сигналы 33 и 34 запрещают

20 работу элемента 30 с момента появления отрицательного перепада сигнала

32,а в случае запуска к этому моменту от FP формирователей 21 и 22 происходит сначала запись в регистр 19

25 нового значения п и только после этого через время длительности импульса одновибратора 18 происходит установка кода О в счетчике 9, так как сигнал на выходе элемента И 27 поя30 вится позже по сравнению с сигналом

33.Это исключает запись недостоверного кода п в регистр 19 и позволяет начинать преобразование Ug, в любой момент времени после сигнала 4, коос торый формируется в АЦП через время, не превышающее 2/F после Т. В АЦП результат преобразования N получается с окончанием Т, а дополнительные затраты времени на подготовку преобразователя к следукщему преобразованию не превьшают 2/F,

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий переключатель, первый вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а выход соединен с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера и с управляющим входом пёреклкг- чателя, первьп, второй и третий счетчики, первьй одновибратор, вход которого является пусковой шиной преобразователя, а выход соединен с входами обнуления первого и третьего счетчн40

45

50

55

ков и с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого соединен с единичным входом второго триггера, |единичный выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, генератор импульсов, вы- |ход которого подключен к первому входу четвертого элемента И и к счетному входу второго счетчика, первый эле- мент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого являются выходной шиной , отличающий ся тем, что, с целью повышения быстродействия в него введены регистр, распределитель импульсов, третий триггер, второй, третий и четвертый одновибрато- ры, первьш и второй формирователи импульсов, пятый элемент И, группа эле- ментов И, второй и третий элементы ИЛИ, причем вькод пятого элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ через первый формирователь импуль сов подключен к входу записи кода регистра и к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки обнуления второго счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами регистра, первый вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего одновибратора, вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ объединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту импульсов, третий вход третьего элемента Hnii соединен с выходом первого одновибратора и объединен с нулевым входом третьего триггера, с входом че Е вертого одновибратора. и с первьм входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого одновибратора, четвертый вход третьего элемента ИЛИ соединен с управ- лякщим входом переключателя, второй вход которого является шиной опорного напряжения, второй вход второго эле-, мента И соединен с выходом второго одновибратора, вход которого объединен с единичным входом второго триггера и с выходом переполнения второго счетчика, выход первого элемента И соединен с входом распределителя импульсов и с первым входом первого элемента ИПИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения третьего счетчика, счетные входы младших разрядов которого соединены с со- ответствунщими выходс1ми элементов И группы, первые входы которых подключены к соответствующим выходам регистра, а вторые входы - к соответст- вугадш-1 выходам распределителя импульсов, счетный вход третьего триггера соединен с выходом третьего элемента И, а единичный выход - с нулевым входом второго триггера, выход второго элемента И является шиной Готовность результата преобразования.

Изобретение относится к импульсной технике, и , в частности, к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) является наличие дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения, которые необходимы для коррекции предварительного результата преобразования и устранения погрешностей от изменения параметров АЦП. Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения дополнительных затрат времени. Известный АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту с входным переключателем, три счетчика, генератор импульсов, два триггера, одновибратор, логические элементы. Поставленная цель достигается введением регистра, распределителя импульсов, триггера, трех одновибраторов, двух формирователей импульсов и логических элементов, благодаря которым в АЦП во время измерения производится коррекция результата преобразования и тем самым повышается быстродействие предлагаемого АЦП. 2 ил.

Пп

ff л 1

10 I

JJ Я

re

I

1

1

П П П

Ji

JL

1

1

I

л

It

я