Устройство для автоматического определения характеристик аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме Советский патент 1989 года по МПК H03M1/10 

о/

о Пуск

J aaifc $ Д

О

ю

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для определения погрешности и времени преобразования аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме. Цель изобретения - повышение точности. В устройство, содержащее блок 11 сравнения, первый триггер 4, измеритель 5 временных интервалов, блок 6 статистической обработки данных, блок 12 цифровой уставки и цифроаналоговый преобразователь 13, с целью повышения точности введены счетчик 9 импульсов, второй триггер 7, генератор 8 тактовых импульсов, аналоговый вычитающий блок 3 и образцовый аналого-цифровой преобразователь 10. 4 ил.

S5

СП

от

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для определения погрешности и времени преобразования аналого- цифровых преобразователей в динамическом режиме.

Цель изобретения - повьшение точности.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока статистической обработки данных; на фиг.3 и 4 - алгоритмы работы блока статистической обработки данных.

Устройство содержит шину 1 входного сигнала, контролируемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, аналоговый вычитающий блок 3, первый триггер 4, измеритель 5 временных интервалов, блок 6 статистической обработки данньгх, второй триггер 7, генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9 импульсов, образцовый АДП 10, блок 11 сравнения, блок I2 цифровой уставки и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13.

Блок 6 содержит первый 14 и второй J3 регистры, контроллер 16 и электронную вычислительную машину (ЭВМ) 17.

Устройство работает следующим образом.

Перёд началом работы информационный вход и вход Запуск контролируемого АЦГ1 2 подключают соответственно к информационной вьгходной шине и шине Запуск, а-выходы Конец преобразования и информационный соединяют соответственно-с шиной Конец преобразования п информационной вхоной шиной, В блоке 12 цифровой уставки устанавливается код исследуемо точки диапазона измерения АЦП 2. Это код преобразуется ЦАП 13 в аналоговый сигнал и подается на вход аналогового вычитающего блока 3. Одновременно на контролируемый АЦП 2 и на другой вход вычитающего блока 3 поступает динамический испытательный сигнал, который в зависимости от целей исследования может быть случай ным, детермированным иди любым друг гим сигналом требуемого вида. Кроме того, это может быть и сам реальный измеряемый сигнал.

При подаче команды Пуск триггер 7 переходит в состояние I и включает генератор 8 тактовых им

0

5

0

5

0

5

0

5

пульсов. Последний с определенной частотой производит запуск АЦП 2 и одновременно переключает триггер .4 в состояние 1 . По истечении; времени, равного времени.цикла кодирования контролируемого АЦП 2, на его выходе появляется код, который поступает на вход блока 11 сравнения, на другой вход которого поступает код с блока 12 цифровой уставки. Одновременно на другом выходе АЦП 12 появляется сигнал конца цикла преобразования, который переключает триггер 4 в исходное состояние О. Триггер 4 вырабатьшает импульсы,длительность которых равна времени цикла кодирования АЦП 2. Эти импульсы подаются на измеритель 5 временных интервалов. Результат измерения поступает в блок 6 статистической обработки данных. Каждый результат преобразования АЦП 2 сравнивается в блоке 11 срав- н ения с кодом блока 12 цифровой уставки. В момент равенства кодов на выходе блока 11 сравнения появляется импульс, запускающий образцовый АЦП 10, Последний преобразует разностный сигнал поступающий с выхода вычитающего блока 3, которьй в момент равенства кодов на входах блока 11 сравнения представляет собой погрешность контролируемого АЦП 2. Это объясняется тем, что разность измеряется в момент равенства кодов на входах блока 11 сравнения. При этом образуется следующая цепочка: выходной код АЦП 2 равен опорному, т.е. коду исследуемой точки АЦП 2, а опорный код с помощью ЦАП 13 преобразуется в аналоговый эквивалент и подается на вход вычитающего блока 3, Та- КИМ образом, на втором входе блока 3 в момент равенства кодов на входах блока 1 сравнения всегда будет аналоговый сигнал, эквивалентный выходному коду контролируемого АЦП 2. Так как на другой вход вычитающего блока 3 подается сам-измеряемый сигнал, то вьгходной сигнал блока 3 представляет собой разность между сигналом, соответствующим значению выходного кода ДЦП 2, и действительным значением измеряемого сигнала, что и соответствует определению погрешности. Таким образом, в блоке обработки данных фиксируется время цикла кодирования, а также погрешность в динамическом режиме контролируемого АЦП 2.

5

После проведения серии измерений

в одной точке диапазона в блоке Ъ cтaтиcfичecкoй обработки данных подсчитьшаются вероятностные характеристики погрешности и времени цикла кодирования контролируемого АЦП Число измерений в серии задается коэффициентом пересчета счетчика 9 импульсов.. После прохождения последнего тактового импульса на выходе счечика появляется импульс, который вовращает триггер 7 в состояние О, результате чего генератор 8 тактовы импульсов отключается.

Использование изобретения повышает точность определения погрешноти АЦП в динамическом режиме. Это объясняется тем, что в предлагаемом устройстве погрешность определяется как разность между кодом контролируемого АЦП и значением испытательного сигнала в момент вьщачи АЦП кода. Это позволяет учесть сос- тавляющуто динамической погрешности, вызванную изменением входного сигнала за время цикла кодирования АЦП и, тем самым, найти полное значение погрешности АЦП в динамическом ре- жиме с учетом всех ее составляющих. Расчеты показьшают, что точность определения погрешности АЦП повышаетс на 30-50%.

I

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определять погрешг .ность и время цикла кодирования АДЦ не только для специально генерируе мых испытательных сигналов, но и дл реальных, подвергаемых преобразованию сигналов. Это дает возможность совместить процесс измерения с процессом исследования характеристик АЦП, т.е. использовать устройство при встроенном контроле измерительных систем. При этом снижаются требования к динамическим характеристикам образцового АЦП, так как он имеряет не полное значение испытательного сигнала, а сразу погрешнос исследуемого АЦП, которая представляет собой малзпо величину. Это позвляет выбрать в качестве образцового АЦП 2 с 2-3 разрядами и обеспечить высокую динамическую точность мало- разрядного АЦП, т.е. сделать ее вьш1 чем у исследуемого АЦП, значительно легче, чем для АЦП с полным числом разрядов..

В качестве блока 6 использоваяс) серийное программно-управляемое средство Крейт-1 I5KA-32-013.

Система Крейт-1 предназначена для управления, сброса и передачи даниьк с измерительного оборудования. Управление системой должно осуществляться от ЭВМ 17 Электроника 100-25.

O В основе работы системы лежит прием аналоговых и цифровых данных с измерительного и технологического оборудования, передача этих данных в управляющую ЭВМ 17.

5 Из всей номенклатуры блоков Крей- та-1 использованы два входных регистра Рг1 14 и Рг2 13 и контроллер 16 КК16 (фиг.1).

Контроллер 16 предназначен для

0 управления модулями крейта от ЭВМ 17, включается в станции 21-25, подключается к каналу ЭВМ 17 и обеспечивает управление от ЭВМ I7 модулями, установленными в секцию, в соответствии

5 с требованиями стандарта. КАМАК. Связь регистров 14 и 15 с контроллером осуществляется по внутрикрейтной магистрали в стандарте КАМАК.. Связь контроллера 16 с ЭВМ 17 осу0 ществляется стандартно, в соответствии с требованиями внешнего интер-г фейса Электроника 100-25.

Запись кода, поступающего на вход Данные, в регистр данных РД

С может производиться по внешнему

стробу Запись или по команде Загрузка РД, поступающей из магистрат, ли крейта. После записи данных по внешнему стробу регистр состояния

0 PC входного регистра устанавливается в 1. После считьшания данных из РД регистр состояния PC и РД необходимо сбросить в О.

На фиг.2 показано подключение

5 АЦП 10 и измерителя 5 временных интервалов к регистрам 14 и 15 и использованные при этом номера конт;. тактов разъемов. Линии выходного кода АЦП 10 от старшего разряда (СР)

0 к младшему (МР) соединяются соответственно с клеммами 1..,8 разъема XS1 Данные, Линия Конец преобразования подключена к разъему ХР1 Запись.

По строб-импульсу на выходе Конец преобразования АЦП 10 его выходной код записьшается в регистр 14 данных (РД).

5

Линии выходного кода измерителя 5 подключены к клеммам 1 ... 12 разъема XS1 Данные Рг 15, Запись кода в Рг .15 производится по команде с магистрали Загрузка РД,

На фиг.З приведен алгоритм программы приема и накопления данных из A1JJ 10 и измерителя 5, составленный в соответствии с алгоритмом работы Рг 14 и Рг 15. В результате работы алгоритма накапливаются массивы значений погрешности АЦП 2Л и времени преобразования Т в данной серии изме .рений. Количество этих данных N в данной серии должно устанавливаться заведомо меньшим числа преобразований исследуемого АЦП 2, определяемого коэффициентом пересчета счетчика 9 импульсов.

Таким образом накапливаются исходные данные для определения вероятностных характеристик погрешности и и времени преобразования Т исследуемого АЦП 2.

В качестве этих характеристик могут определяться, например, оценки математического ожидания m и сред- неквадратического отклонения G пог решности и времени преобразования.

Характеристики погрешности т и (jf определяются по формулам

I 4-N ;

огт

IN-S

(Л;- шд)

(1)

Точно так же определяются характеристики времени преобразования т,- и G, На фиг.4 приведен алгоритм программы вычисления Щд, m,(j.,O по формулам (1).

Формула изобретения

Устройство для автоматического определения характеристик аналого- цифровых преобразователей .в динами- ческом режиме, содержащее блок сравнения, первый триггер, первый вход которого является шиной Запуск, второй вход - шиной Конец преобразования, а выход через измеритель временных интервалов соединен с первым входом блока статистической обработки данных, блок цифровой уставки, выход которого соединен с входом

с цифроаналогового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены счетчик импульсов, второй триггер, генератор тактовых импульсов,

Q аналоговый вьиитающий блок и образцовый аналого-цифровой преобразователь, вькод которого соединен с вторым входом блока статистической обработки данньк, а информационный

5 вход подключен к выходу аналогового вычитающего блока, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй вход объединен с шиной входного сигнала

0 и является информационной выходной шиной, вход запуска образцового аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого является информационной входной шиной, а второй вход соединен с выходом блока цифровой уставки, выход второго триггера соед1-шен с управляющим входом генератора тактовых импульсов, первый Q вход является шиной Пуск, а второй вход подключен к выходу переполнения счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с вторым входом -первого триггера и подключен к выходу j генератора тактовых импульсов.

5

II Ч §

11 S

Ills

||§й

:

I

рщпзам woawomvH

s

JC k

I

м woawomvH

I

:

lr

«« I

о § X,

b

..Д

Начало

. i -- /SSodN/

ЧНонер измерения л-о

Тестирование PC S Pri

Нет

la

Загрузка данных SPrZ.

Считывание данных uiu3Prf uTiusPrZ

CSpoc РСбРП а

РОбРпиРгг

переход к програте о5ра5откирезульта/лоб а передача S нее масси6о& йиТ,Н

L

С конщ ) (ОигЗ

СНачалоJ

ч

/ Вбодй.Т.Н /

i Oimt Q.mr O

i

Вычисление f i i-lfnt ui

/77r -jJ-f/r7r 7 /

вычисление У1 уг(1-/пл} ()i

Нет

a(N-rj г .

/ вывод/nj,Sii,/nner/

,

( конец у

. (ПигМ