Цифровой стробоскопический преобразователь Советский патент 1977 года по МПК H03K13/17 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устр|ОЙствам для преобразования временного масштаба электрических сигналов € выводам информации в цифровом виде, и может быть ис,пользо1вано в устройствах для цифровой регистрации формы -повторяющихся электр.ических сигналов.

Известен цифровой стробоскопический преобразователь, содержащий аналоговый стробоскопический преобразователь и подключенный к нему аналого-цифровой преобразователь 1.

Известный преобразователь имеет большую погрешность преобразования и сравнительную сложность.

Известен стробоскопический цифровой измеритель сигналов, компенсирующий аддитивную погрешность благодаря тому, что на каждом такте путем соответствующего выбора фазы стробиротания измеряется мгновенное значение сигнала и нулевого уровня, а затем .вычитается код, соответствующий нулевому уровню, из кода мгновенного значения исследуемого сигнала. Преобразователь содержит строб-блок, выполненный в виде последовательно соединенных смесителя, расширителя и нуль-органа (функционально эквивалентных дискриминатору мгновенных значений), генератор стробирующих и запускающих Импульсов, цифроаналоговый преобразователь и блок отработки компенсирующих напряжений, првдставляющий собой специализированный вычислительный блок, содержащий, в частности, многоразрядный сумматор, большое число регистров и преобразователь кода из двоичного в двоично-десятичный вид. Благодаря наличию вычислительного блока данный преобразователь позволяет также осуществлять усреднение результата измерений мгновенного значения сигнала для уменьшения случайной погрешности .

Однако реализация указанных операций в известном преобразователе требует больших аппаратурных затрат, что приводит к значительному возрастанию габаритов, потребляемой мощности, уровня помех.

С целью упрощения преобразователя в него .введены два реверсивных двоичных и декадный счетчики, два элемента совпадения, два коммутатора и вентиль, при этом выход дискриминатора мгновенных значений через первый коммутатор подключен к счетным входам реверсивных счетчиков, другие входы каждого из которых и управляющий вход

первого коммутатора соединены с первым выходом блока управления, кодовые выходы реверсивных счетчиков через второй коммутатор подключены к входу цифроаналогового прео.бразователя, а через соответствующие

элементы совпадения - к первому и второму

входам вентиля, выход старшего разряда первого реверсивного счетчика соединен с третьим входом вентиля и вторым входом первого коммутатора, выход старшего разряда второго реверсивного счетчика подключен к четвертому входу вентиля, лятый вход последнего и третий вход первого коммутатора соединены с вторым выходом блока управления, выход вентиля соединен с счетным входом декадного счетчика, другой вход которого соединен с вторым выходом генератора стробирующнх .И запускающих импульсов, который третьим выходОМ подключен к управляющему входу второго коммутатора.

Введение двух реверсивных счетчиков, двух коммутаторов, двух схем совпадений, вентильной схемы и декадного счетчика позволяют реализовать тот же алгоритм устранения аддитивной погрешности преобразования, что и в известном устройстве, ио со значительно меньшими аппаратурными затратами. Это становится возможным благодаря использованию обоих реверсивных счетчиков как в качестве элементов обратной связи и памяти (при поступлении строб-импульсов), так и для выполнения операций сложения- вычитания в промежутках между строб-импульсами. Поскольку результат представлен в виде числа импульсов, то вид кода, в коTOpoiM представлен результат, определяется только структурой счетчика результата (в данном случае декадного). Просто реализуется также накопление нескольких результатов измерения, в частности 10 измерений, для чего вводится декадный делитель частоты в разрыв цепи сброса декадного счетчика.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого цифрового стробоскопического преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой стробоскопический преобразователь содержит (фиг. 1) дискриминатор 1 мгновенных значений, подключенный через коммутатор 2 к счетным входам реверсивных счетчиков 3 и 4, кодовые выходы которых соединены через коммутатор 5 с цифроаналоговым преобразователем 6 (ЦАП), выходом .подключенным к входу дискриминатора 1. Кодовые выходысчетчи1ков 3 и4 через элементы совшаданИя 7 и 8 соединены также с первым и вторы.м .входами вентиля 9 соответственно.

Старший разряд очетчнка 3 подключен к третьему входу вент.иля 9 и к eToipoiMy вхаду ком1мутатора 2. Ста1рши1 раз.ряа счетчика 4 сое ДИНен с четвертым входом вентиля 9, пятый вход Которого И третий -вход |Кам1мутатора 2 ;ггад1ключаны « выходу блока 10 управления, другой его ВЫХ01Д соединен с управляющим входом коммутатора 2 и вторыми входам очетчи1ков 3 и 4. Вход блока 10 управления подключен к одному выходу генератора 11 стробирующих и запускающих импульсов, -соединенного с управляющим входом декадного счетчика 12. Два других выхода генератора 11 подключены соответственно к

входу строб-импульсов дискриминатора 1 и к управляющему входу коммутатора 5. Выход вентиля 9 подключен к счетному входу счетчика 12.

Работу /прео|5разователя также (Можно представить в виде двух циклов: иэме1рительного цикла и цикла обра|б;от1Ки.

В течение nepiBoro цикла генератор 11 генарИрует запускающий импульс (фиг. 2, о),

опорный и измерителыиый страбирующие импульсы, соответствующие нулевому и измеряемому ,мпновеннО)му эначению сигнала (фиг. 2,6). В момент поступления на Д1И|ОК риминатор 1 опорного строб-импульса образуется контур регулирования, включающий дискриминатор 1, ЦАП 6 и раверсввный счетЧИ1К 4, а в Момвнт поступления Ив1ме|рительного стр0(6-импульса - 1контур из двокримииатора 1, ЦАП 6 и рбвбр1оИ|В«ого счетчика 3.

Ревбрси1вные счетчики 3 си 4 подключаются к ЦАП 6 ком1М1утатором 5, управляющее напряжение которого имеет форму, показанную на фиг. 2, е, при этом через .кам мутатор 2 «а входы управления реверсом обоих реверсивпых счетчиков 3 и 4 поступают сигналы с дискриминатора 1 (фиг. 2, г), а на .счетные входы -. соответственно 1И31мер.ительный и опорный строб-.им.пульсы, что вызывает изменение кодов в Счетиижах Зн4на±1в за1виси1мости

от срабатывания либо несрабатывания дискриминатора 1. В установившемся режиме коды в счетчиках 3 и 4 .соответствуют мгновенным з-начениям входного си гнала с точностью до единицы младше(го рааряда (без учета полрешностей ЦАП и диак1ри1минатора), при этам старшие раэря.ды раверси:в.ных счетчиков 3 и 4 являются знаковыми.

Цикл обработки, .начннаюшийся по окончании иэмерителыного строб-импульса, заключается в заполнении обоих реверсивных счетчйков пачкой счетных импульсов высокой частоты, количество которых равно N/2, где /V-емкость счетчикав 3 и 4, при этом коммутатор 2 по|дключает счетные входы счетчиков 3 и 4 к источни|Ку и.мпульсов в блоке управления, а их входы упрашлевия реверсом - к выходу старшего (знакаваго) разряда счетчика 3. Напряжение, управляющее коммутатором 2, показано на ф-иг. 2,д. Этот же пмпульс бло.ки.рует в,хсщь ста,рших разрядов обоих счетчиков 3 и 4 (за1Прен1,ает перенос), что оббипечивдет возвращение счетчи1ков 3 и 4 ,15 |Цсходное состоян.ие в конце Н1 11кла обработки, Имтульсол, соот1ветслвующи1м ;пачалу

цикла обработки, производится также .устанс вка дйкаД1наго счетчика 12 в нулевое (исходное) состоя.ние.

Пусть к моменту начала цикла обработки в счетчиках 3 и 4 хранятся соответст1венно

числа rti и «2. При и направление счета обоих счетчиков становится реверсивпым, на выходах схем сов.паяения 7 и 8 сигнал, соответсТ(Вую1Щ.ий нулевому состоянию счетчи КО|В 3 и 4, появляется соответственно

через «i и «2 счетных импульсов (фиг. 2, е,

ж), а число счетных импульсов, заполняющих интервал мбЖ|ду ви1ми (ф/иг. 2, з). и поступающих на декадный счетчик 12, в точности соотвепствует разности кодов. IB счетч-нках 3 и 4. Аналогичная картина на1блюдает1ся и три и ,-oaiHaiKo в этом случае в счетч.нках 3 и 4 1на1ХО|Д|Игг1Ся дополнительный код, а направление счета обоих счетчвков прямое. Знак результата совпадает со з,на1КО(м числа .в счетчике 3, если первым появляется импульс cxeiMbi совпадения 8, и иротна оположен ему.

Если знак числа ni противоположен злаку «2, то направление счета обоих счетчиков 3 и 4 таКже определяет1ся знаком числа Ль но на декадный счетчи1к 12 -поступают ИМ1пулБСЫ в интервалах от начала цикла обработки до имлульса совпадения элемента 7 и от импульса элемента 8 до «онца цикла обработки (фи,г. 2, и), ЧТО в сумме составляет ± (jni|4-|rt2J) вмрульсов, причем знак эт0(го числа сав:пада;ет с знаком числа Пь

Режвм работы вентиля 9 определяется соотношением состояний старши х разрядов счетчнков 3 и 4. При ра(венстве их значений выделяется и заполняется счетными импульса ми временной интервал ,между имлульсами элементов 8, что рав(иосильно вычитанию чисел П и П2, а :при противоположных значениях старших разрядов выделяются и заполняются счетными и1М1пульса1Ми два указанных выше временных интервала, что равноюильно сложению чисел jni| и |п2 .

Результат и)31мефения в Д|воично-десяти1Ч ном коде Х|ра1нит1ся в декадном счетчИ1ке 12 до начала очередного цикла о-бработ,ки. Если же счетчик 12 в нулевое состояние устанавливается не на каждом такте, а через К такпов (К-любое целое число), то результат измерения усредняется по /С-изм-ерениЯМ, что уменьшает (случайную погрешность и повышает точность измерения м.гновввных значений сигналов. Для этой цели необходимо делители частоты на /С включить последовательно со счетнькм и установочным входами очетчика 12. В частном случае, .ковда {к-целое), достато1чно ввести декадный делитель частоты в цепь установки счетчика 12 и сдвинуть в счетчике 12 полоясение десятичной занятой па к нозиций виграео,

В|ведением дополнительных делителей частоты в да1игый нреобразаватель можно добиться не только уменьшения случайной погреш.иости, по и цифровой комшенсации мультипликативной погрешности, то есть погрешности, вызва -ной неточ1ностью коэффициента пере|Дачи inpеоб,разователя.

Таким образом, построение измерительного канала цифрового стробоскопического преобразователя по предлагаемой структурной

схеме позволяет значительно упростить ycfройство при сохранения функциональных возможностей известного устройства (комленсация аддитивной помехи и усреднение результато1в), при этом от1падает необ ХОДИ1Мость в

арифметических устройствах, дополнительных

регист ра1Х памяти и в преобразователе кодов

из двоичного в двоично-десятичный вид.

(Кроме того, посколыку результат измерения мгновейного значения сигналов представляется в виде одного либо двух временных интервалов, а также в виде числа иiMiпyльl00 в, то не составляет затруднений передавать его по линиям связи на piaocTO HHe.

Формула изобретения

Цифровой Стробоскопический преобразогватель, содержащий ди€К(риминатор мгновениых значений, соединенный одним выходом с генератором строгбируюших и запускающих импульсов, а другим - с цифроаналоговьш преобразователем, и блок управления, подключенный к генератору стробирующих и запуакаюших емнульсов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения преобразователя, в него «ведены два реверсивных двоичных и декадный счетчики, два элемента сов(падения, два ком1мутатора и вентиль, при этом выход

дискриминатора мгновенных значений через первый |КОМ1мутатор подключен к счетньгм входам реверсивных очетчаков, другие входы каждого из которых и управляющий вход первого ком|мутатора соединены с первым выкодом блока управления, кодовые выходы реверсивных счетчиков через второй коммутатор подключены к входу цифроашало1гового преобразователя, а также чфез соответствующие элементы сов1падеиия - к первому и второму

входам вентиля, выход старшего разряда первого рвверсивного счетчика соединен с третьим входом вентиля и вторыл входом нервого коммутатора, выход старшего разряда BToipoго реверсивного счетчика подключен к четвертому входу вентиля, пятый вход которого и третий вход пе(рвого ком|Мутатора соединены с вторы,м выходо блока управления, выход вентиля соединен с счепным входом декадного счетчика, другой вход которого соедине1н с

вторьим выходом генератора страбирующих и запускающих им:пульоов, который третьи1М выход Ом подключен :К управляющему входу второго |коммутато)а.

Источ.нцгки .и:нфор.мании, принятые во внимание п,ри экспертизе

1. Описание и инструкция по эксплуатации к осциллографу строб-оакопическому с цифровым отсчетом С7-7, С79, ЕЭ1. 406.027 ТО, 1975 г.

2. Авторское свидетельство СССР № 292172, кл. G 06J 3/00, 1967.