ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД Советский патент 1970 года по МПК H03M1/46 

Предлагаемый .преобразователь напряжения в код может быть использован в цифровых системах автоматического управления, измерения, в -вычислительных комплексах, аналоговоцифровых вьгчислительных машинах.

В тех,нике цифрового измерения « связи цифровых вычислительных Lмaшин с объектами управления нашлИ широкое применение и-реобразователи напряжения в код с обратной связью, работающие в циклическом режиме, которые используются при одноканальном и многоканальном иреобразовании.

В этих циклических преобразователях напряжения в код С обратной связью имеют место ошибки, вызванные -сбоями (самоустраняющимися отказами) в работе элементов циф-ров-ой части п-реобразо ателя, уменьшающие достОВерность результата преобразования. Сбои приводят к неп-равильному функционпр-ованию триггерных ячеек, ключей, схем совпадения .и так далее. Ошибки, вызванные сбоями, iB дискретных устройствах м-огут быть двух ти.пов; «1-)-0, что соответствует появлен-ию на выходе устройства сигнала «О вместо «1 или «0-vl, что соответствует ошибочному появлению «1 вместо «О.

Есл-и в ирцессе иреобразования возникают сбои в цифровой части циклического иреобразователя напряжения в код с обратной связью, ТО результат преобразования может быть

ошибочным. Например, на нулевой вход триггера старшего разряда, находящегося в «1 во второ.м такте преобразования подается импульс, однако, вследствие сбоя вида 1ри-ггер остается в «1. Коммутатор продолжает последовательно унравлять работой остальных триггеров (|Младших разрядов), которые в конце цикла преобразования установятся в «О. Таким образом, в результате ложпого срабатывания первого триггера часть триггеров младших разрядов также примет ошибочные состояния. Результат преобразования будет -оШ|Ибочны|М.

В .предлагаемом преобразователе для повышения надежности и уменьшения динамической погрешности упра-вление триггерами осуществляется с по-мощью устройства, реализованного на схемах совпадения. Триггер г-го разряда (где i от 1 до п-1), устанавливается

в «1 схемой совпадения, если триггер (/-1)-го разряда находится в «1 и все последующие триггеры, начиная с /-го по п-й включительно, находя-гся в «О. Триггер /-го разряда устанавл-ивается в «О -схемой совпадеиия,

если разность преобразуемого и компенсирующаго напряжений отр ицательна и все триггеры, начиная с (/-|-1)-го ио п-й в-ключительнп находятся в «О и /-и триггер нах-одится в «1. Триггер младшего (п-го) разряда устанавлидущий (я-1)-й триггер находится в «1 и п-й триггер-в «О. Триггер младшего разряда устанавливается в «О схемой совпадения, если п-й триггер находится в «1 и разность преобразуемого и .компенсирующего иапряжений отрицательна. Устройство управления триггерами функционирует таким образом, что если в процессе преобразования имело место ошибочное срабатывание элементо в дискретной части преобразователя, то .преобразование продолжается до тех иор, лока разность преобразуемого и компенсирующего напряжений не станет равной «улю. Это дает возможность исправлять ошибки, вызванные сбоями, непосредственно в .процессе преобразования, что приводи к повышению надежности преобразователя. Если в процессе прео бразования сбои отсутствуют, то имеет место увеличение быстродействия цикла ,преабр1азования по сравнению с известными методами. Это про.исходит в результате того, что одновременно с установкой (г-1)-го триггера в «О триггер t-ro разряда устанавливается ;в «1 одним и тем же управляющим импульсом. Увеличение быстро.действия дает возможность уменьшить динамическую .погрешность преобразования. На чертенке изображена функциональная схема четырехразрядного .нреоб.разователя (п равно 4). Тр.иггерный регистр, формирующий цифровой код .преобразуемого напряжения, состоит из триггеров }j 2, 3, 4, где триггер / старшего .первого разряда, а триггер 4 мл адшего четвертого разряда. Единичные выходы всех триггеров подключены к преобразователю 5, ;который состоит из «взвешенных сопротивлений ;и Ключей, управляемых триггерами /, 2, 3, 4, и .который формирует ступенчатое компенсирующее напряжение отрицательной полярно|СТ1И. Выход .преобразователя 5 соединен со ВХОДО.М двухканального нуль-органа 6 -генераторного типа. На вход 7 нуль-органа 6 подключено .преобр.азуемое напряжение положительной полярности. Нуль-орган имеет два выходных канала: :канал «- и канал «+, пер.вый из них соединен с импульсным входом вентиля 8, а второй - с импульсным входом вентиля 9. Вьгходы .вентилей 8 и 9 .подключены ко входам собирательной .схемы 10 импульсного типа, на выходе которой формируются синхронизирующие импульсы. Выход схемы 10 соединен с импульсным ВХОДО1М двухвходовой схемы совпадения 11 импульсно-потенциального типа, назначение которой - формиров-ание сигнала установки в «1 триггера старшего разря.да. Вход -схемы 11 соединен с выходом схемы савпа.деЕия 12 на два ;входа потенциального типа. -Выход последней принимает состояние «1, если триггеры 1, 2, 3, 4 находятся в «О. На один вход схемы совпадения 12 подключен нулевой выход триггера У и выход схемы совпадения /5. Выход схемы 13 принимает состояние «1, если триггеры 2, 3, 4 находятся в «О. На входы схемы 13 по.дключены .нулевой .выход триггера 2 и выход двухвходо вой схемы совпадения 14 потенциального типа. Входы схемы 14 соединены с нулевыми выходами триггеров 3 п 4. Нулевой вход триггера / соединен с выходом двухвходовой схемы совпадения 15 импульсного типа, служащей .для установления триггера / в «О, если триггеры 2, 3, 4 находятся в «О, триггер 1 - в «1 и разность .преобразуемого и компенсирующего напряжений отрицательна. На один вход схемы 15 .подключен выход вентиля 5; .другой вход ее соеди.нен с выходом трехвходовой схемы совпадения 16 .импульснопотенциального типа. Выход схемы 16 подключен также к единичному в.ходу триггера 2. Назначение схемы 16 состоит в формировании импульса, устанавливающего :в «О триггер / и в «I триггер 2 в .случае, если тр.иггеры 2, 3, 4 находятся в «О, а триггер /-в «1. Выходы схемы 16 подключены к выходу схемы 10, единичному выходу триггера У и к выходу схемы 13. Для установки в «О триггера 2 служит схема совпадения 17 импульсного типа .на два входа. Выход последней соединен с .нулевым входом триггера 2. На входы схемы 17 подключены выход вентиля 8 и выход трехвходовой схемы совпадения 18 .импульсно-потенциального типа, служащей для установки в «О триггера 2 .и в «1 триггера 3 в случае, ко-гда триггеры 5 и -1 находятся в «О, а триггер 2- в «1. Выхо.ды схемы. 18 подключены к выхоДУ схемы 10, iK выходу схемы /4 и к единич.ному выходу триггера 2. Выход схемы 18 соединен с единичным входом триггера 3 и входом схемы 17. Нулевой вход триггера 3 соеди.нен с выходом схемы совпадения 19 импульсного типа на два входа. Входы схемы 19 со.единены с выходам вентиля 8 и выходом схемы совпадения 20 «а три входа импульсно-потенциального типа. Выход последней соединен также с единичным входом триггера 4. Схема 20 служит для установки тр.иггера 3 в «О, а триггера 4 - в «1 в случае, если триггер 3 находится в «1, а триггер 4 - в «О. На потенциальные входы схемы 20 подключены единичный выход триггера 3 и нулевой выход триггера 4. На импульсный вход схемы 20 подключен выход схемы 10. Нулевой вхо.д триггера 4 соединен с выходом трехвходовой схемы совпадения 21 импульопо-потенциального типа, служащей для установки в «О триггера 4 .когда он находится в «1 и разность .преобразуемого и компенсирующего напряжен.ий отрицательна. Потенциальный вход схемы 21 соединен с единичным выхо.дом триггера 4, импульснь й вход ее - с выходом вентиля 8. Схемы управления триггером любого разряда, за исключением младшего, идентичны. Нанр.имер, триггер -3 управляется с помощью схемы 14, 18, 19, триггер 2 - с помощью схем

триггера 22 соединен со входом 23 «начало преобразования.

Устройство индикации окончания .преобр азования СОСТОЙ «з триггера 24, двух кипп-реле 25 и 26, собирательной схемы 27 и дифференЦируюи1ей деПОчки 28. Выход схемы 10 соединен со -счетнЫМ .входОМ тр.нггера 24. Единичный выход носледнего нодключен к кипп-реле 25, нулевой выход триггера 24 соединен с кипп-реле 26, .причем кипп-реле 25 и 26 представляют собой ждуЩие мультивибраторы, длительносгь импульсов выходного напряжения которых paiBHa Тмакс , где Гмакс - максимальной период следования импульсов нуль-оргаиа, /з - времениая задержка, необходимая для надежного определения равенства сравниваемых напряжений.

Выходы .кипп-реле 25 ,и 26 подключены ко входам собирательной схемы 27, которая предназначена для формирования прямоугольного ИМлульса напряжения, длительность которого равиа длительности цикла преобразования плюс (Тмакс+ з)- Выход схемы 27 соединен со входом дифференцирующей цепочки 28, .которая формирует кратковременный импульс в -момент перепада напряжений на выходе этой схемы 27. Выход дифференцирующей цепочки 28 подключен К нулевому входу управляющего триггера.

Перед началом цикла преобразования триггеры /, 2, 3, 4 находятся в «О. Цепи установ/ки триггеров IB начальное состояние на черте-Же 1не пО;каз-аны. Комленсирующее налряжение на выходе преобразователя 5 равно нулю. Нуль-орган 6 генерирует импульсы по выходному .каналу Вентили 8 w. 9 закрыты. Преобразование начинается с подачи импульса «начало преобразования на вход 23. Триггер 22 устанавливается в «1 и открывает вентили 8 9. Первый имлульс с выхода вентиля 9 через схему 10 поступает на входы схем 11, 16, 18, 20 и триггер 24. Этот импульс пройдет через схему 11 и установит триггер / в «1, так как триггеры /, 2, 3, 4 находятся в состоянии «О, и на выходе схемы 12 имеется разрешающий лотенциал. На выходе преобразователя 5 лоявляется .компенсирующее напряжение отрицательной .полярности, равное по а бсолютпой величине половине максимально допустимого преобразуемого напряжения. Дальнейший процесс форм.ирования кода за.висит от величины лреобразуемого напряжения.

Пусть на вход 7 нуль-органа подано нреобразуемое непрерывное напряженпе, цифровой код которого равен 1011. Тогда после установления триггера / на пер.вом такте преобразования в «1 разность сравниваемых напряжений станет пОЛОЖ ительной. Второй импульс нуль-органа генерируется по-прежнему по .каналу «-|-- - С .выхода вентиля 9 через схемы W импульс поступит на входы схем //, }6, 18, 20 и будет пропущен схемой 16, так как тр.иггер / находится в «1, а триггеры 2, 3, 4 - в «О, я на 1выходе схемы 13 имеется разрешающий потенциал. Импульс с выхода схемы 16 поступит па вход /о и единичньи вход триггера 2. Последний установится в «1, а схема 15 1ИМ.пульс не пропустит, так как на выходе вентиля 8 импульса нет. Триггерный регистр установится в состояние 1100. Разность сравниваемых напряжений пр.имет отрицательное значение. Третий нмнульс нуль-органа генерируется .по каналу «- п с .выхода вентиля 8 подается на входы схем 15, 17, 19, 21, а с выхода схемы 10 - на входы схем 11, 16, 8, 20. Тр.иггеры 3 к 4 находятся в «О, и на выходе схемы 74 имеется разрешающий (высокий) потенциал. С едиННчного выхода триггера 2 на вход схемы 18 .подан также высокий потенциал. Импульс с выхода схемы 18 пройдет на единичный вход триггера 3 и через схему 17- на нулевой вход триггера 2. На триггерном регистре установится код 1010. Раз.ность сравниваемых наиряжений станет полож.ительной.

Четвертый имлульс нуль-органа генерируется по каналу «-{- и с выхода вентиля 9 поступает через схемы 10 на входы схем 11, 16, 18, 20. С нулевого выхода триггера 4 и единичного выхода триггера 3 поданы высокие

лотенциалы на в.оды схемы 20. С выхода последней импульс поступит на вход схемы 19 и единичный вход триггера 4. Схема 19 импульс не пропустит, так как на выходе вентиля 8 импульса нет. На триггерном регистре устаповится код 1011. Разность преобразуемого и

компенсирующего напрян ений станет равной

нулю. Нуль-орган прекращает генерацию импульсо.в по обоим .каналам.

Рассмотрим работу устройства индикации

окончания преобразования. Первый им.пульс с выхода схемы 10 поступает на счетный вход триггера 24. Допустим, .перед началом преобразования триггер 24 находился в «О. Тогда этот триггер установится в «1. Положительпььм перепадом напряжения на единичном выходе триггера 24 занускается кинп-реле 25, на выходе которого формируется прямоугольный

импульс напряжения ДЛПТеЛЬПОСТЬЮ Гмакс+ зНа выходе схемы 27 образуется высокий потенциал. Второй импульс с выхода схемы 10 установит триггер 24 в «О. Положительным перепадом нанряженпя на нулевом выходе триггера 24 запустится кнпп-реле 26, на выходе .которого фор.мируется .прямоугольный импульс напряжения длительностью 7 максЧ зЗа счет времени задержки импульсы па выходе кипп-реле 25 п 26 взаимно перекрываются TSK, что на выходе схемы 27 потенциал продолжает оставаться высоким.

Третьим им.пульсоМ с вы.кода схемы 10 запзстптся кипн-реле 25, четвертым - кнпп-реле 26. После прохождеиня четвертого 1 мнульса по цепям управлеп.ия разность сравниваемых .напряжений станет равной нулю, генерацпя импульсов нуль-органа прекращается. Через промежуток времени, равный сумме макс , с момента лоступлення четвертого имлульса на вход триггера 24 на выходе килпреле 26 проладает прямоугольный импульс, а