Устройство для ввода информации Советский патент 1991 года по МПК G06F3/00 H03K17/00 

Изобретение относится к автоматике, измерительной технике и предназначено для коммутации и преобразования аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном в циф- ровой эквивалент..

Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности устройства .

На фиг.1 представлена функцио- нальная схема устройства для ввода информацииI на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит датчики 1, выходы которых соединены с входами ком мутатора 2, выход которого через блок выбора полярности 3, управляющий вход которого соединен с управляющим входом коммутатора 2 и с генератором тактовых импульсов 4, соединен с первым входом блока выбора диапазонов 5, один из выходов которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 6, второй вход которого подключен к ис- точнику напряжения 7, третий вход аналого-цифрового преобразователя объединен с вторым входом блока выбора диапазонов 5, группа входов которого соединена с соответствующими выходами счетчика импульсов 8, выход аналого-цифрового преобразовател 6 является информационным выходом устройства 9 второй выход блока выбора полярности 3 является выходом сигнала полярности 10, группа выходо блока выбора диапазона 5 является выходом кода диапазона 11, а выходом сигнала ошибки 12 являетря один из выходов блока циркуляции импульсов

13, первый вход которого связан с вы ходом компаратора 14, один из входов которого подключен к источнику опорного сигнала 15, а его другой вход 20

25

о

35

50

55

к первому входу аналого-цифрового преобразователя 6. С входом питания датчиков 1 соединен управляемый источник питания 16, вход которого через цифроаналоговый преобразователь 17 подключен к выходам вычитающего счетчика импульсов 18, связанным также через дополнительный регистр 19, вход загрузки которого соединен с вторым входом блока выбора диапазона 5, с выходом кода питания датчиков 20, при этом вход установки вычитающего счетчика 18 в единичное состояние подключен к выходу генератора тактовых импульсов 4, а его счетный вход - к выходу первого элемента И 21, первый вход которого связан с первым выходом триггера 22, информационный вход которого соединен с выходом компаратора 14, второй выход триггера 22 объединен с первыми входами второго 23 и третьего 24 элементов И, выходы который подключены соответственно к счетному входу и входу сброса счетчика импульсов 8, вторые входы первого 21 и второго 23 элементов И объединены и подключены к второму выходу блока циркуляции импульсов 13, второй вход третьего 24 элемента И связан непосредственно с вторым входом блока циркуляции импульсов 13, а также через первый элемент задержки 25 с входом загрузки дополнительного регистра 19 и через второй элемент задержки 26 - с синхронизиру- ющим входом триггера 22, соединенного также через третий элемент задержки 27 с выходом генератора тактовых импульсов 4 и с входом начальной загрузки счетчика 8, информационные входы которого подключены к задатчи- ку исходного кода диапазона 28, причем синхронизирующий выход устройства 29 через четвертый элемент задержки 30

подключен к входу загрузки дополнительного регистра 19 и к выходу блока выбора диапазонов 5, а третий вход блока циркуляции импульсов 13 через - элемент ИЛИ 31 связан по одному входу с вторым выходом блока выбора диапазонов 5, а по другому входу - с выходом селектора нуля 32, входы которого подключены к выходам вычита- ю ющего счетчика 18.

выбора полярности 3 содержит две параллельно соединенных цепи из первого аналогового ключа 33 и второго аналогового ключа 3 с инвер- 15 тирующим усилителем 35, подключенные между входом и первым выходом блока, ключи 33 и 3 по цепям управления связаны соответственно с первым и вторым выходами триггера 36, синхро- 20 низирукхций вход которого через первый элемент задержки 37 соединен с управляющим входом блока, а информационный вход триггера 36 подключен, к выходу компаратора полярности 38, 25 второй выход триггера 36 через первый регистр 39, вход загрузки которого через второй элемент задержки АО связан с выходом первого элемента задержки 37, подключен к второму 0 выходу блока. Первый и второй входы компаратора полярности 38 подключены соответственно к входу блока выбора полярности и к шине нулевого потенциала Al.

Блок выбора диапазонов 5 содержит группу усилителей k2, входы которых объединены и связаны с первым входом блока, а их выходы подключены к первому выходу блока через коммутатор диапазонов A3, управляющие входы которого связаны с выходами дешиф- ратора АА, один из выходов которого подключен к второму выходу блока, а его выходы связаны непосредствен- д$ но с группой входов блока и через второй регистр А5, вход загрузки которого связан с вторым входом блока., подключены к группе выходов блока.

Блок циркуляции импульсов 13 содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ А6, первый и второй входы которого связаны соответственно с вторым входом и выходом блока, и третий элемент задержки А7, выход которого связан с первым входом элемен- , та И А8 и с входом загрузки регист- . ра..ошибки А9, выход которого связан , с первым выходом блока, а его ин35

40

50

-

5 0 5 0

$

5

0

0

формационный вход - с третьим входом блока, первый вход Рпока соединен с вторым входом элемента И 48, выход которого связан с вторым вы-, ходом блока, а его третий вход через последовательно соединенные четвертый элемент задержки 50 и инвертор 51 связан с третьим входом блока.

Устройство работает следующим образом.:,

По сигналу с генератора тактовых импульсов А вычитающий счетчик 18 уст устанавливается в единичное состояние,- а на счетчик 8 с задатчика исходного кода диапазона 28 записывается исходный код, соответствующий наиболее грубому диапазону измерений.

Таким образом на управляемый источник питания 16 датчиков 1 через цифроаналоговый преобразователь 17 поступит сигнал, соответствующий максимально допустимой величине питания, и после включения очередного канала коммутатора 2 на вход блока выбора полярности 3 поступит максимально-возможный по величине в данный момент времени сигнал с соответст- . вующего датчика.

По окончании переходных процессов в коммутаторе 2, время которых определяет первый элемент задержки 37, за- пускается процедура выбора полярноС- ти: состояние компаратора 33, сравнивающего сигнал с выхода коммутатора 2 с сигналом шины нулевого потенциала Al, по сигналу с первого элемента задержки 37 переписывается на триггер 36, который с помощью аналоговых ключей 33 и ЗА подключает к первому входу блока выбора диапазона 5 прямой (через ключ 33) или инверсный (через инвертирующий усилитель 35 и ключ ЗА) входной сигнал с оп.- рашиваемого датчика.

Далее запускается процедура выбора типа оптимизируемого параметра измерительного устройства (перед процедурой собственно измерений): питание датчика или рабочий диапазон. Этот тип определяется состоянием компаратора , сравнивающего входной сигнал аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6 с верхней допустимой границей этого сигнала, определяемой источником опорного сигнала 15.

Состояние компаратора 1А переписывается на триггер 22, синхронизирующии вход которого через третий элемент задержки 27, определяющий время

переходных процессов в блоках выбора полярности и диапазона, подключен к ,. генератору тактовых импульсов Ц.

Если входной сигнал АЦП 6 превышает опорный сигнал, триггер 22 переводится в состояние, при котором открывается элемент И 21 и импульсы, JQ вырабатываемые блоком циркуляции импульсов 13, будут поступать на счетный вход вычитающего счетчика 18, уменьшая тем самым через цифроанало- говый преобразователь 17 величину пи- j тания датчиков до тех пор, пока входной сигнал АЦП не войдет в допустимый диапазон входных сигналов. При этом перекроется цепь циркуляции им-

пульса в блоке 13, состоящая из по- Un следовательно соединенных элемента ИЛИ 46, третьего элемента задержки 47 и элемента И 48.

Прекращение циркуляции импульса осуществляется через элемент И 48 при 25 изменении состояния компаратора 14. Запуск схемы циркуляции импульсов 13 производится через ее второй вход сигналом с генератора тактовых импульсов 4, поступающим через второй 30 26 и третий 27 элементы задержки.

При исходном сигнале на входе АЦП 6, не превышающем предельно допустимое значение, в триггер 22 переписывается состояние компаратора 14, при котором открывается второй 23 и третий 24 элементы И и реализуется процедура подбора оптимального рабочего диапазона измерений. При этом сбрасывается счетчик 8 через элемент И . 24, устанавливается наиболее чувствительный диапазон измерений и импульс с блока циркуляции импульсов 13 будет поступать на счетный вход счетчика 8 через элемент И 23, увеличивая номер диапазона в сторону более грубого.

В этом случае к первому выходу блока выбора диапазонов 5 будут по очереди подключаться усилители группы 42 с убыванием коэффициента усиления через коммутатор диапазонов 43, управляемый счетчиком 3 через дешифратор 44.

35

45

, Цепь Циркуляции импульса в блоке 13 разорвется теперь при достижении максимально возможного в данный момент коэффициента передачи измери.

Q

n

5 0

5

5

5

тельного тракта, не приводящего к перегрузке АЦП 6.

В случае, когда вход АЦП 6 остается перегружен, последний выход дешифратора 44 (второй выход блока выбора диапазона 5) через элемент ИЛИ 31 разорвет цепь циркуляции импульса через инвертор 51 и четвертый элемент задержки 50 и сигнал с третьего входа блока циркуляции импульсов через регистр ошибки 49 поступит на выход устройства 12, сигнализируя об обрыве датчика. 05 обрыве датчика будет сигнализировать и нулевое значение величины питания датчика, которое поступает на выход кода питания датчиков 20 через дополнительный регистр 19 с выхода вычитающего счетчика 18.

Цепь циркуляции импульса будет теперь разорвана сигналом с селектора нуля 32, опознающего нулевое состояние вычитающего счетчика 18 через элемент ИЛИ 31.

Запись кодов значений питания 20 и рабочего диапазона 11, при которых произошло измерение, производится на дополнительный регистр 19 и на регистр 45 сигналом, поступающим через первый элемент задержки 25 на входы загрузки этих регистров.

Полярность входного сигнала переписывается на выход 10 устройства через первый регистр 39, на вход загрузки которого поступает импульс с второго элемента задержки 40, определяющего время переходных процессов в блоке выбора диапазона.

Выходная информация устройства сопровождается синхронизирующим сигналом 29, поступающим с четвертого элемента задержки 30.

Источник напряжения 7 служит для формирования на входе АЦП 6 пьедестала, предотвращающего потерю работоспособности устройства при изменении полярности входного сигнала во время выполнения процедуры измерений.

На фиг.2 представлены временные диаграммы сигналов на выходах блоков устройства, необходимые для более быстрого понимания его работы.

Диаграммы приведены для пяти случаев, в т.ч.: I - измерение на диапазоне 3 (считая от наиболее чувствительного) при максимальной величине питания , измерение на наиболее грубом диапазоне при средней величине питания; измерение сигнала отрицательной полярности на первом диапазоне (наиболее чувствительном) при максимальной величине питания зашкаливание на всех диапазонах при максимальной величине питания.

Таким образом в предлагаемом устройстве производится оптимизация величины питания датчика в каждый момент времени и подбор наиболее подходящего для момента опроса датчика рабочего диапазона измерений устрой- ства. Это обеспечивает повышение точности и разрешающей способности устройства в целом без снижения его быстродействия.

Формула, изобретения

Устройство для ввода информации, содержащее датчики, выходы которых соединены с входами коммутатора, выход которого через блок выбора полярности, управляющий вход которого соединен с управляющим входом коммутатора и генератором тактовых импульсов, соединен с первым входом блока выбора диапазона, один из выходов которого подключен к первому входу аналого- цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к источнику напряжения, третий вход аналого-цифрового преобразователя объединен с вторым входом блока выбора диапазонов, группа входов которого соединена с соответствующими выходами счетчика импульсов, выход аналого-цифро- вого преобразователя является информационным выходом устройства, второй выход блока выбора полярности является выходом сигнала полярности, группа выходов блока выбора диапазона является выходом кода диапазона, а выходом сигнала ошибки является один из выходов блока циркуляции импульсов, первый вход которого связан с выходом компаратора, один из входов которого подключен к источнику опорного сигнала, а другой вход - к - первому входу аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности, введены дополнительно четыре элемента задержки три элемента И, элемент ИЛИ,триг-0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гер, задатчик исходного кода диапазона, селектор нуля, регистр, цифро- аналоговый преобразователь и управляемый источник питания, выход которого соединен с входом питания датчиков, а вход - через цифроэналоговый преобразователь с выходами вычитающего счетчика импульсов, которые соединены через дополнительный регистр, вход начальной установки которого соединен с вторым входом блока выбора диапазона, с выходом кода питания датчиков, при этом вход установки в единичное состояние вычитающего счетчика подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а его счетный вход - к выходу первого элемента И, первый вход которого связан с первым выходом триггера, информационный вход которого соединен с выходом компаратора, второй выход триггера объединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к счетному входу и входу сброса счетчика импульсов, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к второму выходу блока циркуляции импульсов, второй вход третьего элемента И связан непосредственно с вторым входом блока циркуляции импульсов, а также черед первый элемент задержки - с входом начальной установки дополнительного регистра и через второй элемент- задержки - с синхронизирующим входом триггера, который соединен через третий элемент задержки с выходом генератора тактовых импульсов и с входом начальной установки счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к Задатчику исходного кода диапазона, причем синхронизирующий выход устройства через четвертый элемент задержки подключен к входу начальной установки дополнительного регистра и к выходу блока выбора диапазонов, а третий вход блока циркуляции импульсов через элемент ИЛИ связан по одному входу с вторым выходом блока выбора диапазонов, а по другому входу - с выходом селектора нуля, входы которого подключены к выходам вычитающего счетчика импульсов.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и позволяет улучшить метрологические характеристики устройства для ввода информации с параметрических датчиков. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности устройства для ввода информации. Выходы параметрических датчиков 1 че- рез последовательно соединенные бло- ки выбора полярности 3 и диапазона 5