Измерительный прибор с линейным дисплеем Советский патент 1992 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в индикаторных приборах различного назначения.

Известен измерительный прибор с линейным дисплеем, содержащий N-разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, генератор импульсов и линейный дисплей в. виде N световодных сегментов.

Недостаток такого устройства заключается в малой информативности отображаемой на линейном дисплее информации.

Известен измерительный прибор с линейным светодиодным дисплеем, содержащий N-разрядный параллельный АЦП, линейный дисплей, выполненный в виде N светодиодных сегментов.

Недостатками этого данного прибора являются больщое потребление энергии, . т.е. плохие электрометрические характеристики, и малая информативность отображаемой информации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измерительный прибор с линейным дисплеем, содержащий N-разрядный параллельный АЦП, блок управления, два цифровых компаратора, два одновибратора, две группы элементов И и линейный светодиодный дисплей,

Недостатком известного устройства является потеря информации о величинах ми нимального значения входного сигнала.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный прибор с линейным дисплеем, содержащий N-разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, а выходы соединена с соответствующими входами блока управления, выходы которого соединены с установочными входами первого и второго N-разрядных регистров памяти и первыми входами первого и второго N-разрядных цифровых компараторов.

вторые входы которых соединены соответственно с разрядными выходами первого и второго N-разрядных регистров памяти, первый и второй генераторы импульсов, линейный дисплей в виде N светодиодных сегментов, выход первого генератора импульсов соединен с входами сброса первого и второго N-разрядных регистров памяти, введены два блока записи, N двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, N стробируемых повторителей, N стробируемых инверторов, аналоговый компаратор и элемент переключения, причем первые входы N двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ соединены с соответствующими разрядными выходами первого Ы-разрядного регистра памяти, вторые входы --с соответствующими разрядными выходами второго N-разряд ного регистра памяти, а выходы -с соответствующими входами N стробируемых повторителей.,входы разрешения которых соединены с прямым выходом второго генератора импульсов, а выходы с соответствующими выходами N стробируемых инверторов и с соответствующими разрядными входами линейного светодиодного дисплея, выход которого соединен с положительной шиной источника питания и с вторым конгактом элемента переключения, одноименные установочные входы первого и второго регистров памяти соединены с соответствующими входами N стробируемых инверторов, входы разрешения которых соединены с инверсным входом второго генератора импульсов,, выход () первого разрядного цифрового компаратора соединен с первым входом первого блока записи, второй вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, а выходы первого блока записи соединены со входами управления первого N-разрядного регистра памяти, выход () второго N разрядного цифрового компаратора соединен с первым входом второго блока записи, второй вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, а выходы второго блока записи соединены со входами управления второго N-разрядного регистра памяти, вход разрешения первого генератора импульсов через размыкающиеся контакты элемента переключения соединен с выходом аналогового компаратора, . инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход соединен с входом прибора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема прибора.

Измерительный прибор с линейным дисплеем содержит блок 1 управления, два

N-разрядных регистра 2,3 памяти, два Nразрядных цифровых компаратора 4. 5. два блока 6,7 записи, аналоговый компаратор 8. элемент 9 переключения, первый генератор

10, группу из N двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ 11, группу из N стробируемых имвергоров 12, группу N стробируемых повторителей 13, линейный дисплей 14 в виде N световодов 15 и N регистров 16, второй генератор 17 и N-разрядный параллельный аналого-цифроЪой преобразователь (АЦП) 18, АЦП 18 выполнен на компараторах 19,1-19,N, резисторах 20.1-20,N и источнике 21 опорного напряжения. Первые входы компараторов

5 19,1-19,N объединены и являются входом АЦП 18, второй вход последнего N-ro компаратора соединен с источником 21 опорного напряжения, второй .вход первого компаратора 19 через резистор 20,1 соединен с общей шиной. Вторые входы компараторов 19,1 через соответствующие резисторы 20 (i+1) соединены с вторыми входами компараторов 19 (). Выходы компараторов 19,1-19,N являются соответствующими раз-5 рядными выходами АЦП 18, Блок 1 управления выполнен, например, на N элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22,1-22,N, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ явля.ются соответствующими выходами б.по0 ка 1 управления, первый вход каждого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является . соответствующим входом блока 1 управления, второй вход каждого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом

5 следующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а второй вход N-ro элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с общей шиной,

Вход АЦП 18 соединен с входом прибора, а его разрядные выходы через блок Т

0 управления соединены с соответствующими установочными входами N-разрядных регистров 2,3 памяти и с соответствующими разрядными первыми входами N-разрядных цифровых компараторов 4, 5, разрядные вторые входы которых соединены с соответствующими разрядными выходами соответствующих регистров 2, 3 памят ;. Выход первого генератора 10 соединен с входами сброса регистров 2, 3 памяти. Первые

0 входы двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ 11.T-11.N соединены с соответствующими разрядными выходами первого регистра 2 памяти, вторые входы с соответствующими разрядными выходами второго 3 рег1/,стра

5 памяти, а выходы - с входами соответствующих стробируемых повторителей 13,1 13.N, входы разрешения которых соединены с прямым выходом второго генератора 17, а выходы с выходами соответствующих стробируемых инверторов

12.1-12.N и с соответствующими разрядными входами линейного светодиодного дисплея 14, выход которого соединен с вторым контактом элемента 9 переключения и положительной шиной питания. Одноименные установочные входы регистров 2,3 памяти соединены с входами соответствующих стробируемых инверторов 12.1-12.N, входы разрешения которых соединены с инверсным (Q) входом второго генератора 17. Выход () первого цифрового компаратора 4 соединен с входами управления первого регистра 2 памяти через первый блок б записи. Выход () второго N разрядного цифрового компаратора 5 соединен с входами управления второго регистра 3 памяти через второй блок 7 записи. Вторые входы первого и второго блоков 6,7 записи соединены между собой и с выходом первого генератора 10, вход разрешения которого через нормально замкнутые (общий и первый) контакты элемента 9 переключения соединен с выходом аналогового компаратора 8. инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а неинвертирующий - с входом прибора.

Аноды светодиодов 15 соединены между собой и выходом линейного светодиодного дисплея 14. а катоды через соответствующие резисторы 16.1-16.N подключены к разрядным входам линейного .светодиодного дисплея 14.

Измерительный прибор с линейным дисплеем работает следующим образом.

Перед работой прибора, кратковременным нажатием элемента 9 переключения запускают генератор 10. который через блоки 6,7 записи переводит регистры 2,3 памяти в состояние логического О (низкие уровни напряжения). При входном напряжении, равном нулю, ни один из компараторов 19 АЦП 18 не сработает, т.е. на их выходах будет уровень логического 0. Выходы регистров 2,3 памяти находятся в со:;тоянии логического О, следовательно, на всех выходах логических элементов И.ПИ-НЕ 11 И соответственно входах стробируемых повторителей 13 будет уровень логической 1 (высокий уровень напряжения). Генератор 17 обеспечивает поочередную трансляцию уровней напряжения, поступающих на входы стробируемых повторителей 13, и инвертированных уровней напряжения, поступающих на входы стробируемых инверторов 12, на разрядные входы линейного светодиодного дисплея 14 При нулевом уровне напряжения на входах прибора, на входах стробируемых инверторов 12 - уровни логического 0. а стробир/емь1х повторителей 13 логической 1. поэтому на

разрядные входы линейного светодиодного дисплея 14 постоянно будут поданы уровни логической 1, которые не вызовут прохождения тока через светодиод 15, ни один из них не будет светиться.

При появлении на входе прибора напряжения положительной полярности сработает несколько компараторов 19, число которых при равных сопротивлениях резисторов 20 определяется величиной входного и опорного напряжений. При этом только на одном из разрядных выходов блока управления 1. номер которого равен числу сработавших компараторов 19, и соединенного с

ним входа стробируемого инвертора 12 появится уровень логической 1. Одновременно на выходе аналогового компаратора 8 появится уровень логической 1, который включит генератор 10. Импульс напряжения,

сформированный генератором 10,поступит одновременно на входы сброса регистров 2.3 памяти и подтвердит состояние логического О на их разрядных выходах. Задний фронт этого импульса запустит одновременно блоки 6,7 записи, каждый из которых сформирует одну пачку сигналов управления, обеспечивающую запись, хранение и выдачу кода, действующего на входах регистров 2, 3 памяти в данный момент времени,

на их разрядные выходы. По окончании импульсов управления, сформированных блоками 6,7 записи, на разрядных выходах регистров 2, 3 памяти и соответственно первом и втором входах элемента ИЛИ-НЕ 11.

с номером, равным числу сработавших компараторов 19.появится уровень логического 0. Если величина напряжения на входе прибора постоянная, то на входах строб/(руемых инвертора 12 и повторителя 13, номера

которых равны и соответствуют величине входного напряжения, присутствуют постоянно уровни логической 1 и О соответственно, а на входах всех других стробиру 5мых инверторов 12 и повторителей 13 соответственно О и 1, Поскольку линейный светодиодный дисплей 14 контролирует в одни и те же части периодов колебаний генератора 17 с управляемой скважностью состояние выходов стробируемых инверторов 12, а в другие - повторителей 13, то в нашем случае на нем зажжется только один светодиод 15, соответствующий величине входного напряжения,

При изменении входного сигнала происходит запоминание его экстремальных значений на регистрах памяти (минимальном 2, максимальном 3) на время определяемое периодом следования импульсов с генератора 10,

При изменении входного сигнала в сторону уменьшения цифровой компаратор 4 на своем выходе формирует уровень логической 1, который переводит блок 6 записи в режим цикличной генерации пачек сигналов управления регистров 2 памяти. После каждого цикла генерации сигналов управления блоком б записи на выходе регистра 2 памяти появится код, соответствующий уровню входного напряжения, который поступит на первые разрядные входы А цифрового компаратора 4, Цифровой компаратор 4 сравнивает коды на своих первых А и вторых В разрядных входах и в случае, если код на первых разрядных входах А окажется меньшим, чем код на вторых разрядных входах В. уровень на его выходе останется высоким и блок 6 записи сформирует очередную пачку сигналов управления, и цикл повторится, Этот процесс будет происходить до тех пор, пока коды на первых А и вторых В разрядных входах цифрового компаратора 4 не будут равны или код на первых разрядных входах А не будет больше кода на вторых разрядных входах В. при этом на выходе цифрового компаратора 4 появится уровень логического О, запрещающий блоку 6 записи формирование очередной пачки сиг-налов управления. Цифровой компаратор 2 запомнит минимальное значение входного сигнала, на его разрядном выходе, соответствующем атому значению, появится уровень логической 1. который инвертируется соответствующим логическим элементом ИЛИ-НЕ 11 поступит на вход стробируемого повторителя 13 с номером, соответствующим уровню минимального входного сигнала. Уровни на входах стробируемых повторителей 13 передаются на разрядные входы линейного светодиодного дисплея 14 с частотой следования импульсов, формируемых генератором 17, на время,,определяемое его скважностью. Частота следования- импульсов с генератора 17 выбирается такой,чтобы глаз человека воспринимал импульсное свечение светодиода 15 линейного светодиодного дисплея 14 как непрерывное, причем яркость его свечения определяется временем нахождения этого светодиода 15 по,д током в течение колебаний генератора 17, т.е. скважностью генератора 17. Т.о. на линейном светодиодном дисплее 14 величина минимального сигнала отметится свечением соответствующего оветодиода 15, яркость которого задается скважностью генератора 17. Величина входного сигнала, записанная в регистр 3 памяти в начале цикла измерения, отмечается на линейном светодиодном дисплее 14 свечением одного

из светодиода 15.яркость свечения которого равна яркости свечения светодиода 15 отметиВШИм на линейном светодиодном . дисплее 14 минимальное значение входного

сигнала, т.е. яркости их свечения задаются одним и тем же интервалом времени, а именно временем нахождения выхода О генератора 10 в состоянии логической 1. Началом цикла измерения прибором величины

0 входного сигнала является появление импульса на выходе генератора 10. период следования которого определяет время цикла измерения и задается оператором.

При изменении входного сигнала в сторону увеличения цифровой компаратор 5 на своем выходе формирует уровень логической 1 в том случае, если текущий входной сигнал превысит уровень первоначально записанного в регистр 3 памяти входного сигнала на величину напряжения, соответствующую единичному разряду АЦП 18. Уровень логической 1 на выходе цифрового компаратора 15 переведет блок 7 записи в режим цикличной генерации пачек сигналов управления регистров 3 памяти. После каждого цикла генерации пачки сигналов управления, блоком 7 записи из выходе регистра 3 памяти появится код числа ср.аботавших компараторов 19. который

0 поступит на первые разрядные входы А цифрового компаратора 5. Если коды на первых А и вторых В разрядных входах цифрового компаратора 5 окажутся равными или код на первом А разрядном входе окажется меньшим кода на втором В разрядном входе, а его в.ыходе появится уровень логического 0. запрещающий генерацию очередной пачки сигналов управления блоком 7 записи. Регистр памяти 3 запомнит максимальное значение входного сигнала и на его разрядном выходе, соответствующем величине входного сигнала, появится уровень логической 1. который инвертируется соответствующим логическим элементом ИЛИ5 НЕ 11 и с его выхода уровнем логического О поступит на вход стробируемого повторителя 13. номер которого будет соответствовать величине максимума входного сигнала. Светодиод 15. подключенный к выходу этого

0 стробируемого повторителя 13 через соответствующий резистор 16. будет зажиг;5ться с частотой следований импульсов поступающих от генератора 17. на время, определяемое его скважностью.

5 Таким образом, линейный светодиодный дисплей 14 измерительного прибора будет отображать информацию в виде трех светящихся светодиодов 15. Скважность генератора 17 задается оператором, который. изменяя ее, может оставить на линейном

светодиодном дисплее 14 только экстремальные или только текущей значения входного сигнала или все три значения одновременно (максимальное, минимальное и текущее), причем, исходя из условий лучшего восприятия и получения требуемой информации, оператор , изменяя скважность генератора 17. может оставить яркими экстремальные значения, а текущее слабо светящимся, либо текущее ярким, а экстремальные слабо светящимися,

С приходом очередного импульса с генератора 10 выходы регистров 2,3 памяти переходят в состояние логического 0,задний фронт импульса с генератора 10 запустит одновременно блоки 6. 7 записИу которые сформируют одну.пачку сигналов управления регистрами. 3, которые запишут новый начальный уровень входного ситнала, присутствующий в этот момент времени на входе прибора в регистры 2,3 памяти. После чего начнется новый процесс запоминания и индикации экстремальных значений измеряемого входного сигнала.

Управление скважностью генератора 17 обеспечивает представление информации об экстремальных значениях входного сигнала не мигающими светодиодами, а постоянно светящимися и отличающимися от светодиода, несущего информацию, о текущем значении сигнала,яркостью своего све-. чения, что снижает утомляемость оператора, производящего измерения, и не-, ключает связаннь1е с этим ощибки измерения. Кроме того, оперативным управлением скважности генератора оператор, в зависимости от поставленной задачи, может оставить нэ линейном светодиодном дисплее только текущее значение входного-сигнала или только его экстремальные значения или все значения одновременно.

Введение компаратора элемента переключения и блоков записи обеспечит в предлагаемом устройстве регистрацию . и индикацию минимального значения входного сигнала.

Формупа изобретения Измерительный прибор с линейным дисплеем, содержащий N-разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, а выходы соединены с соответствующими входами блока управления, выходы которого соединены с установочными входами первого и второго N-разрядных регистров памяти и первыми входами первого и второго N-разрядных

цифровых компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с разрядными выходами первого и второго N-разрядных регистров памяти, первый и 5 второй генераторы импульсов, линейный дисплей в виде N светодиодных сегментов, выход первого генератора импульсов соединен с входами сброса первого и второго N-разрядных регистров памяти, отличаю0 щ и и с я тем, что. с целью повышения достоверности измерений, в него введены два блока записи, М двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, N стробируемых повторителей, N стробируемых инверторов.

5 аналоговый компаратор и элемент переключения, причем первые входы N двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ соединены с соответствующими разрядными выходами первого N-разрядного регистра памяти, вторые входы - с соответствующими разрядными выходами второго N-разрядного регистра памяти, а выходы - с соответствующими входами N стробируемых повтори: телей, входы разрешения которых

5 соединены с прямым выходом второго генератора импульсов, выходы - с соответствующими выходами N стробируемых инверторов, и сЪответствующими разрядными входами линейного светодиодного

0 дисплея, выход которого соединен с положительной шиной источника питания и с . вторым контактом элементом переключения, одноименные установочные входы первого и второго регистров памяти соединены

5 с соответствующими входами N стробируемых инверторов, входы разрешения крторых соединены с инверсным выходом второго генератора импульсов, выход (А.В) первого N-разрядного цифрового компара0 -тора соединен с первым входом первого блока записи, второй вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, а-выходы первого блока записи соединены с входами управления первого

5 N-разрядного регистра памяти, вход ) второго N-разрядного цифрового компаратора соединен с первым входом второго .. блока записи, второй вход .которого соединен с выходом первого генератора импульсов. а выходы второго блока записи соединены с входами управления второго N-разрядного регистра памяти, вход разрешения первого генератора импульсов через размыкающий контакт элемента переключения соединен с выходом аналогового компаратора, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а неинверт1/рующий вход соединен с входом прибора.

Использование: в электроизмерительной технике, в индикаторных приборах различного назначения. Сущность изобретения: измерительный прибор с линейным дисплеем содержит блок управле ния. два N-разрядных регистра памяти, два N-разрядных цифровых компаратора, два блока записи, аналоговый компаратор, элемент переключения, первый генератор, группу из N двухвходовых элементов ИЛИ- НЕ. труппу из N стробируемых инверторов, группу из N стробируемых повторителей, линейный дисплей, второй генератор и N- разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь. 1 ил.