Преобразователь напряжения в код Советский патент 1990 года по МПК H03M1/46 

15

Изобретение относится к технике преобразования формы представления информации при измерении параметров периодических сигналов и может быть с использовано в энергетической промышленности для вычисления показателей качества электроэнергии, действующих значений токов и напряжений; в электротехнической промышленности для |д измерения параметров электродвигателей ; в нефтяной - для определения технологических характеристик режима бурения электробуром и в других областях.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя при преобразовании периодических сигналов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - функциональная схема генератора управляемой частоты; на фиг. 3 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит аналоговый вычитатель 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3„ цифровой сумматор 4, регистр 5, регистрос делителя 13 частоты накапливается код, равный

f«

N

где f

w

BY

N частота входного сигнала; частота поступления импульсов на делитель 13 частоты с выхода генератора 16; коэффициент деления делителя частоты 13.

Этот код в конце каждого периода входного сигнала импульсом с одно- вибратора 9 перезаписывается в регистр 14, после чего в суммирующем счетчике 12 устанавливается нулевой код и начинается подсчет импульсов следующего периода. В вычи-- тающем счетчике 15 происходит умень- 20 шение кода на единицу с частотой f,, , но как только код в этом счетчике становится меньшим нуля, то на его выходе возникает сигнал переполнения (заема), по которому одновибра- тор 11 формирует импульс, поступающий на вход записи кода вычитающего счетчика 15. В результате код п с регистра 14, пропорциональный длительности периода входного сигнала, за25

35

40

новременно этот импульс поступает на выход генератора 7. Время от записи кода п в вычитающий счетчик 15 до его переполнения, а следовательно, и длительность периода выходного сигнала генератора управляемой частоты 7 равно

«-Ј-; i- c

или

ЛТ

1 ,

f

Nfex

1 Т

Nfex N

Ж

вый блок 6 обратного магазинного типа 30 носится в вычитающий счетчик 15. Од- и генератор 7 управляемой частоты. Генератор 7 при использовании равномерного квантования периодического входного сигнала может быть выполнен в„виде компаратора 8, одновибрато- ров 9-11, суммирующего счетчика 12, делителя 13 частоты, регистра 14, вычитающего счетчика 15 и генератора 16 опорных импульсов (ГОИ).

Преобразователь работает следующим образом.

Аналоговый периодический сигнал (фиг. 3) поступает на суммирующий вход аналогового вычитателя 1 и на неинвертирующий вход компаратора 8 генератора 7. На выходе компаратора 8 формируются прямоугольные импульсы, период которых равен периоду входного сигнала. Каждый перепад из О в 1 с выхода компаратора 8 запускает одновибратор 9, на выходе которого формируется короткий импульс, задний фронт которого запускает одновибратор 10, импульс с выхода которого сбрасывает в ноль суммирующий счетчик 12. За время между двумя перепадами сигнала с выхода компаратора 8 в суммирующем счетчике 12 за счет подачи импульсов на его синхровход

45

50

55

Погрешность подстройки частоты определяется ошибкой формирования кода п, которая не превышает единицы младшего разряда этого кода, т.е. погрешность формирования каждого интервала йТ не превышает величины .

т JL

lo f0

где Т 0 - период импульсов ГОИ 16, а следовательно, приведенная погрешность подстройки перио да не превышает величины « T0N

т .

с я |д

1547061

с делителя 13 частоты код, равный

f«

5

N

где f

w

BY

N частота входного сигнала; частота поступления импульсов на делитель 13 частоты с выхода генератора 16; коэффициент деления делителя частоты 13.

Этот код в конце каждого периода входного сигнала импульсом с одно- вибратора 9 перезаписывается в регистр 14, после чего в суммирующем счетчике 12 устанавливается нулевой код и начинается подсчет импульсов следующего периода. В вычи-- тающем счетчике 15 происходит умень- 0 шение кода на единицу с частотой f,, , но как только код в этом счетчике становится меньшим нуля, то на его выходе возникает сигнал переполнения (заема), по которому одновибра- тор 11 формирует импульс, поступающий на вход записи кода вычитающего счетчика 15. В результате код п с регистра 14, пропорциональный длительности периода входного сигнала, за5

новременно этот импульс поступает на выход генератора 7. Время от записи кода п в вычитающий счетчик 15 до его переполнения, а следовательно, и длительность периода выходного сигнала генератора управляемой частоты 7 равно

носится в вычитающий счетчик 15. Од-

«-Ј-; i- c

вычитаю

0

или

ЛТ

1 ,

f

Nfex

1 Т

Nfex N

Ж

Погрешность подстройки частоты определяется ошибкой формирования кода п, которая не превышает единицы младшего разряда этого кода, т.е. погрешность формирования каждого интервала йТ не превышает величины .

т JL

lo f0

где Т 0 - период импульсов ГОИ 16, а следовательно, приведенная погрешность подстройки периода не превышает величины « T0N

т .

Зная ТВх и требуемый коэффициент N деления, можно выбрать Т0 для обеспечения требуемой точности.

При работе генератора 7 существенным является то, что частота выходного сигнала определяется за один период входного сигнала, т.е. величина дТ определяется исходя из длительности предыдущего периода входного сигнала.

Таким образом АЦП 3 работает с частотой, равной

f J-f

rm UT вх

N.

К моменту времени t в регистровом блоке 6 хранится (М-1)-й отсчет мгновенных значений периодического сигнала, где N - число отсчетов мгновенных значений в одном периоде входного сигнала. Последний полученный отсчет хранится в регистре 5 и выдается на выход преобразователя. На вход ЦАП 2 поступает наиболее старый отсчет, который преобразуется в напряжение

i J-1

Таким образом, у предлагаемого преобразователя (по сравнению с известными) повышено быстродействие п

где КЦдП - коэффициент передачи ЦАП 2; периодическом входном сигнале, так j - номер периода входного сиг- 30 как слежение за входным сигналом

нала; i - номер отсчета в периоде

входного сигнала. Так как регистр 5 и регистровый блок 6 хранят все отсчеты мгновенных значений сигнала за период, то значит, что самый старый отсчет, снятый еще в предыдущем периоде, будет отстоять от начала периода на тот же интервал времени-, что и следующий получаемый отсчет в текущем периоде. Если периодический сигнал не изменился, то он равен по величине следующему отсчету. Разностный сигнал между

осуществляется от периода к периоду и хотя внутри периода сигнал может сильно изменяться, но два соседних периода отличаются незначительно.

35 Следовательно, при одинаковой часто те квантования входного сигнала воз можно преобразование более быстрых сигналов, так как снимается ограничение на величину изменения (ско-

40 рость изменения) входного сигнала между двумя соседними отсчетами.

При использовании предлагаемого преобразователя в микропроцессорных устройствах, большую часть функ

При использовании предлагаемого преобразователя в микропроцессорных устройствах, большую часть функмгновенными значением входного и мгно-45 ций его блоков может выполнять микропроцессор: функции цифрового сумматора-вычитате ля, регистра, регистрового блока и генератора 7, и приводит к значительным сокращениям апвенным отсчетом ему соответствующего в предыдущем периоде равен

Uex(t;)U(ti)-KltAn0iiJ-., .

Он поступает на вход АЦП 3 и по запускающему импульсу, поступающему с генератора 7, преобразуется в код

50

паратных затрат.

Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения в

и« -КЦяпб;,Н ).

Формула изобретени 1. Преобразователь напряжения в

где Клн(1- коэффициент передачи АЦПЗ. 55 К°Д содержащий аналоговый вычитаПосле суммирования или вычитания, что определяется знаком разностного сигнала на сумматоре-вычитателе (цифровом сумматоре) 4, разностного сигтель, аналого-цифровой преобразователь, генератор частоты, выход кот рого соединен с запускающим входом аналого-цифрового преобразователя,

нала и отсчета, полученного в предыдущем периоде, получают код

е- . 0. . -ме, .

.J 1,J-1 f.J

при

ЛЦП КЦАЛ

1;

0

5

0

5

е,г.кдцп-ии,).

Этот код записывается в регистр 5 по заднему фронту запускающего импульса. Одновременно с записью очередного кода все остальные отсчеты сдвигаются в регистровом блоке 6. Предыдущий отсчет из регистра 5 переписывается в его последнюю строку.

Одновременно со сдвигом кодов из регистрового блока 6 на ЦАП 2 подается следующий старый код и процесс оцифровки продолжается.

Полный цикл работы преобразователя состоит из снятия всех отсчетов мгновенных значений периодического сигнала за весь его период.

Таким образом, у предлагаемого преобразователя (по сравнению с известными) повышено быстродействие при

периодическом входном сигнале, так 30 как слежение за входным сигналом

осуществляется от периода к периоду, и хотя внутри периода сигнал может сильно изменяться, но два соседних периода отличаются незначительно.

Следовательно, при одинаковой частоте квантования входного сигнала возможно преобразование более быстрых сигналов, так как снимается ограничение на величину изменения (ско-

рость изменения) входного сигнала между двумя соседними отсчетами.

При использовании предлагаемого преобразователя в микропроцессорных устройствах, большую часть функций его блоков может выполнять микропроцессор: функции цифрового сумматора-вычитате ля, регистра, регистрового блока и генератора 7, и приводит к значительным сокращениям апций его блоков может выполнять микропроцессор: функции цифрового сумматора-вычитате ля, регистра, регистрового блока и генератора 7, и приводит к значительным сокращениям ап

паратных затрат.

Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения в

К°Д содержащий аналоговый вычитатель, аналого-цифровой преобразователь, генератор частоты, выход которого соединен с запускающим входом аналого-цифрового преобразователя,

цифроаналоговый преобразователь, регистр и цифровой сумматор, входы суммирования-вычитания которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а суммирующие входы объединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выходы цифрового сумматора соединены с соответствующими входами регистра, выходы которого являются выходной шиной, выход цифроаналогового преобразователя .соединен с вычитающим входом ,аналогового вычитателя, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, ja суммирующий вход является входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при преобразовании периодических сигналов, в него дополнительно введены регистровый блок обратного магазинного- типа, а генератор частоты выполнен управляемым, входы данных регистрового блока обратного магазинного типа соединены с соответствующими выходами регистра, а выходы - с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход генератора управляемой частоты соединен с входа- ми тактирования регистра и регистро

о

0

5

вого блока обратного магазинного типа, а вход является входной шиной.

2. Преобразователь по п. отличающийся тем, что генератор управляемой частоты выполнен на последовательно соединенных компараторе, первом и втором одновибраторах, а также суммирующем и вычитающем счетчиках, регистре, третьем одновибрато- ре, делителе частоты и генераторе опорных импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации вычитающего счетчика непосредственно и через делитель частоты - с входом синхронизации суммирующего счетчика, вход сброса которого соединен с выходом второго одновибратора, вход которого объединен с входом синхронизации регистра информационный вход которого подключен к выходу суммирующего счетчика, а выход - к информационному входу вычитающего счетчика, вход установки параллельного кода которого является выходом генератора и подключен к выходу третьего одновибратора, вход которого соединен с выходом за- ема вычитающего счетчика, неинвертирующий вход компаратора является вхо- дом генератора, а инвертирующий вход- общей шиной.

Изобретение относится к технике преобразования формы представления информации при измерении параметров периодических сигналов и может применяться при вычислениях действующих значений токов и напряжений, измерениях параметров электродвигателей, определении технологических характеристик режима бурения электробуром и в других случаях. Цель - повышение быстродействия преобразователя при снятии отсчетов периодических входных сигналов - достигается за счет запоминания всех отсчетов за период входного сигнала через интервалы времени, определяемые его длительностью, и слежения с использованием малоразрядного аналого-цифрового преобразователя, за изменением этих отсчетов от периода к периоду. Преобразователь напряжения в код содержит аналоговый вычитатель 1, цифроаналоговый преобразователь 2, аналого-цифровой преобразователь 3, цифровой сумматор 4, регистр 5, регистровый блок 6 обратного магазинного типа и генератор 7 управляемой частоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Составитель В.Махнанов Редактор А.Ревин Техред л.Сердюкова Корректор В.Гирняк

Заказ 85

Тираж 665

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное