Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1993 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике, в частности к интегрирующим аналого-цифровым преобразователям напряжения в цифровой код, и может быть использовано в прецезионных устройствах сбора аналоговой информации, системах контроля и управления технологическими процессами.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет более точного определения и корректировки ошибки преобразования.

На фиг,1 приведена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг,2 - вариант выполнения блока управления; на фиг.З - временные диаграммы работы преобразователя.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, блок 2 управления, источник 3 измеряемого напряжения, источник 4 эталонного напряжения, блок 5 ключей, интегратор 6. компаратор 7, переключатель 8, элементы И 9-14, элемент ИЛИ 15. реверсивные счетчики 16, 17, цифровой компаратор 18, триггер 19, выходную шину 20.

Блок 2 управления содержит делитель 21 частоты, дешифратор 22, элементы ИЛИ 23-25, одновибратор 26.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии делитель 21 частоты, счетчики 16. 17 и триггер 19 обнулены. На вход дешифратора 22 поступает код 000, первый выход его находится в состоянии лог. 1, а остальные - в состоянии лог. О. Под воздействием команды с выхода 2-1 блока 2 управления на выходе интегратора 6 напряжение равно нулю. Переключатель 8 находится в положении 1, Счетчики 16, 17 сигналом с выхода элемента И 13 установлены в режиме суммирования.

(/)

с

со

8

о

р |

В начальный момент Ti импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход делителя 21 частоты, с промежуточного вывода которого сигналы квантования поступают на элемент И 9. По истечении интервала времени TI код 000 на входе дешифратора 22 изменяется на код 100 и начинается формирование интервала Т2, в течение которого происходит заряд конденсатора интегратора 6, а также подключается выход 4-1 источ- ника 4 эталонного напряжения. В конце интервала Та вновь изменяется код на входе дешифратора 22. Вследствие этого появляются сигналы управления на выходах 2-4, 2-7 блока 2 управления. Под воздействием управляющего сигнала 2-4 подключается противоположной полярности выход 4-2 источника 4 эталонного напряжения. Одновременно сигналы квантования проходят на вход переключателя 8 через элемент И 9. Далее сигналы через первый выход переключателя 8 поступают на входы элементов И 11, 12. Элемент И 11 для прохождения импульсов квантования заблокирован, а элемент И 12 находится в разрешенном со- стоянии.

Счетчик 17 начинает счет импульсов, поступающих на его вход Конденсатор интегратора 6 линейно разряжается.

По достижении напряжением на выходе интегратора 6 порога срабатывания компаратора 7 на его выходе появляется О. Поступление импульсов на счетчик 17 прекращается. На его выходе устанавливается двоичный код, отображающий величину преобразованного напряжения с выхода 4-1 источника с ошибкой преобразования из-за дрейфа, смещения нуля, старения элемен- тов, а также воздействия внешних дестабилизирующих факторов. По окончании интервала Тз импульсы с элемента И 9 на вход переключателя 8 прекращаются.

В интервале Тз на выходе интегратора 6 напряжение равно нулю, компаратор 7 возвращается в исходное состояние.

После окончания интервала ТА с выходов 2-3 и 2-7 блока 2 управления выдаются команды. Под их воздействием элементы И 9, 11 переходят в разрешенное состояние, а на выходы элементов И 13,14 поступает лог. 1. Произошедшие переключения приводят к тому, что импульсы квантования с первого выхода переключателя 8 начинают поступать на счетчики 16, 17.

Одновременно происходит интегриро- вание напряжения источника 3 измеряемого напряжения.

В зависимости от знака и величины ошибки преобразования возможны три варианта работы устройства в интервале ТБ.

1. Числовой код, установившийся в счетчике 17 в интервале Тз, меньше опорного кода на цифровом компараторе 18. В этом случае к началу работы устройства в такте Ts сигналы на выходах цифрового компаратора 18 отсутствуют. На счетчики 16. 17 поступают импульсы, причем счетчик 16 заполняется из нулевого состояния, а счетчик 17 получает дополнительные импульсы к содержимому. В момент появления лог. 1 на выходе цифрового компаратора 18 через элемент И 14 срабатывает триггер 19, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элементы И 11, 12 на счетчики 16, 17. Таким образом, в счетчик 16 вводится корректирующий код, численно равный ошибке преобразования.

2. Числовой код в счетчике 17 равен опорному коду, т.е. ошибка преобразования равна нулю. В этом случае к началу интервала Тб с выходе цифрового компаратора 18 сразу же выходит сигнал 1 и на счетчики 16, 17 импульсы не поступают. Счетчик 16 остается в исходном нулевом состоянии.

3. Числовой код в счетчике 17 больше опорного кода, тогда к началу интервала Ts на выходе цифрового компаратора 18 имеется сигнал лог. 1. В результате на выходе элемента И 13 изменяется состояние, что переводит счетчики 16, 17 в режим вычитания. На их входы поступают импульсы квантования:

Поступление импульсов в счетчики прекращается в момент выхода сигнала лог. 1 на выходе цифрового компаратора 18. Одновременно снимается и сигнал реверса со счетчиков 16, 17. Таким образом, в счетчик 16 вводится корректирующий код положительной ошибки преобразования.

В начале интервала Тб с входа 2-4 блока 2 управления поступает сигнал на переключатель 8, который переводится во второе положение. Одновременно подключается выход 4-2 источника.

Импульсы переключателя через элемент И 10 и элемент ИЛИ 15 поступают на счетчик 16. Конденсатор интегратора 6 линейно разряжается. В момент достижения напряжения, равного порогу срабатывания компаратора 7, на его выходе появляется напряжение лог. О, которое поступает на вход элемента И 10 и запрещает прохождение импульсов на вход счетчика 16.

С выходной шины 20 снимается двоичный код преобразованного напряжения, в котором устранены ошибки, вносимые элементами преобразователя. По истечении интервала Те на седьмом выходе дешифратора 22 появляется сигнал, который запускает одновибратор 26. Импульс

напряжения с его выхода поступает на вхо- Ды обнуления делителя 21 частоты, счетчиков 16,17, триггера 19. Устройство приходит в исходное состояние. Цикл работы устройства повторяется.

Таким образом, за счет более точного определения и корректировки ошибки преобразования и учета ошибки преобразования в рабочем диапазоне измеряемых напряжений из-за нелинейности преобразования предлагаемое устройство обладает высокой точностью.

Формула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, блок управления, выходы которого с первого на четвертый соединены с соответствующими управляющими входами блока ключей, первый информационный вход которого соединен с выходом источника измеряемого напряжения, второй - с первым выходом источника эталонного напряжения, а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является шиной нулевого потенциала, первый реверсивный счетчик, выходы которого являются выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования путем более точного определения и корректировки ошибки преобразования, в него введены второй реверсивный счетчик и цифровой компаратор, переключатель, шесть элементов И, элемент ИЛИ и триггер, инверсный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу переключателя, второй выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого объединен с третьим входом второго элемента И и подключен к инверсному выходу компаратора, а третий вход первого элемента И объединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И и подключен к третьему выходу блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом переключателя, вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, восьмой выход которого является шиной нулевого потенциала, а вход соединен с выходом генератора импульсов, выход первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, вход управления направлением счета которого

объединен с аналогичным входом второго реверсивного счетчика и подключен к выходу четвертого элемента И, второй вход которого и второй вход пятого элемента И подключены соответственно к первому и

второму выходам цифрового компаратора, первые входы которого являются шиной заданного кода, а вторые входы соединены с соответствующими выходами второго реверсивного счетчика, счетный вход которого

соединен с выходом второго элемента И, при этом выход пятого элемента И соединен с входом триггера, s второй выход источника эталонного напряжения - с третьим входом блока ключей,

2. Преобразователь поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что блок управления выполнен на делителе частоты, дешифраторе, трех элементах ИЛИ и одновибраторе, выход которого является восьмым выходом блока и

соединен с входом установки в О делителя частоты, вход которого является входом блока, промежуточный разрядный выход - седьмым выходом блока, а выходы разрядов соединены с соответствующими входами

дешифратора, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй выход является вторым выходом блока, третий выход соединен с первыми входами второго и третьего элементов

ИЛИ, четвертый выход - с вторым входом элемента ИЛИ, пятый выход является третьим выходом блока управления и соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого объединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, является пятым выходом блока и подключен к шестому выходу дешифратора блока управления, седьмой выход которого соединен с входом одновибратора. а выходы первого, второго

и третьего элементов ИЛИ являются соответственно первым, шестым и четвертым выходами блока.

г

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при разработке в прецизионных устройствах сбора аналоговой информации, системах контроля и управления технологическими процессами. Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет точного определения и корректировки ошибки преобразования и ее учета в измерениях. Устройство содержит генератор импульсов, блок управ ления, блок ключей, интегратор, компаратор, переключатель, элементы И, элемент ИЛИ, реверсивные счетчики, триггер, цифровой компаратор. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

t-.

Фиг, 2

J

Фиг. 3