Цифро-аналоговый преобразователь Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 

(54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение при построении цифроаналоговых и аналогоцифровых преобразователей.

Известиа структурная схема преобразователя кода во/временной интервал, содержащего генератор импульсов, регистр кода, выход которого через ключи записи соединен с входом счегчика, элемент сравнения, триггер управления, соединенный со входами двух О-триггеров, другие входы которых через-элемент коммутации подключены к генератору импульсов, а выходы - через элементы И со ёдинены с элементом ИЛИ, подключенным вы:х6дом к счетному входу счетчика импульсов 1).

Недостаток такого преобразователя заключается в относительной сложности цифровой части, содержащей генератор импульсов стабильной частоты, ключи переписи в счетчик импульсов. Кроме того, такая структура не позволяет передавать информацию о знаке преобразуемого кода.

Известен также преобразователь код-ШИМ знакопеременного кода, содержащий регистр

со знаковым и числовыми разрядами, выходы которого связаны с ячейками счетчика, генератор импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выход которого соединен со входом триггера, дополнительный триггер, причем выход знаковото разряда регистра соединеи со входом первого элемента И непосредственно и через элемент НЕ - со входом второго элемента И, другие входы злементов И подключены к выходу элемента ИЛИ и к входу пуск генератора импульсов, а входы элемента ИЛИ соединены с выходами числовых разрядов регистра, которые через элементы НЕ подключены к соответствующим ячейкам счетчика, выходы элементов И соединены с соответствующими входами основного и дополнительного триггеров 2.

Недостаток такого преобразователя заключается в том, что, во-первых, усложняется как цепь связи выхода ШИМ-преобразователя, с последующим преобразователем ШИМ-напряжение (это особенно существенно при необходимости гальванического разделения выходных цепей от цифровой части устройства), так и сам преобразователь ШИМ-напряжение, что обусловлено тем, что выходной ШИМ-сигнал в зависимости от знака преобразуемого кода снимается с выходов одного из двух триггеров, во-вторых, усложняется устройство гене рагбра импульсов, поскольку длительность .выходного импульса ШИМ-преобразователя пря мо зависит от частоты и требует ее стабили, лации. Целью настоящего изобретения является упрощение устройства и повышение точности цифроаналогового преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в цифроаиалоговый преобразователь, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с триптерным делителем частоты, устайовогные входы которого через цепь переписи подключены к регистру входного кода, а выход переноса соединен с одним входом дополнительного триггера, счетный триггер, элемент И-ИЛИ, один вход которого подключе к ил-гае знака преобразуемого кода, и импульс ный деотятель образцового напряжения, дополнительно введен элемент ИЛИ, а трштерный делитель «mctOTbi вьтолнеа в виде реверсивного счетчкка, второй выход переноса которого соединен со вторым входом дополнительного Триггера, выхода которого подключены к ши шм уиравления прямым и обратным счетом :Трйтерйого депотеля соответственно, а входы .соедаЕйны со входами элемента ИЛИ, выход :й0торог© подключен к шине перегшси кода изЕтерного делителя, с шиной управления счетом которого соединены второй вхйд кдемента И-ИЛИ и вход счетного тригri, 8Ь1ХОД которого подключен к третьему входу элемента Й-ИЛИ, четвертый вход которого соэдшен с шиной управления обратным счё Еамтрштерного делителя, а выход подклю ЧЙй ШВхЬду импульсного делителя образирво те йаг яжейия. Ci yktypHaH электрическая схема гфеобразо ватепя вредетавлена на фйг. 1. На фиг. 2 показшы Диаграммы, поясняюиз 1е ра€юту пре образователя. Преобразователь состоит из регистра кода реверсивного счетчика 2, триггера знака 3, генератора заподаяющих импульсов 4, допошштельного ПЗ-триггера 5, логического элёШйта ИЛИ 6, счетного триггера 7, логического элемента И-ИЛИ 8 и импульсного делителя 9, УстанШочные входы реверсивного счетчика 2 соединены с выходом регистра кода 1, а счет ный счетчика с выходом генератор заполняющих импульсов 4. Установочные вход дополйительного В3-тригг ера 5 обьединены со ветётвен1го с первым и вторым входом элеме та 1ЙШЙ 6 и ссюдаЙёнЬ с шиня заема в реверсивном счетчике 2, а выход элемента ИЛИ 6 соединен с шиной переписи кода этого счетчика. Прямой выход дополнительного RS-триггера 5 соединен со счетным входом триггера 7, с шиной управления прямого счёта реверсивного счетчика 2 и с четвертым входом элемента И-ИЛИ 8. Выход счетного триггера 7 подключей к третьему входу, а выход триггера зншса 3 - ко второму входу элемента И-ИЛИ 8, Выход И-ИЛИ 8 соединен с импульсным делителем 9, содержашим двухпозиционный кшоч, переключающий образцовые напряжения, и фильтр нищшх частот. Фильтр необходим дляусреднешся выходного напряжения с даухпозшщонного ключа. Работа пмфроаналогового преобразователя (ЦАП) происходит дикяшески следующим образом. Пусть в исходный момент в реверсивный счетчик 2 записан код N и пусть дополшггельный RS-триггер 5, счетный тртггер 7 и триггер знака 3.находятся в единичном состоянии. При этом на выходе элеглента И-ИЛИ 8 присутствует единичный потенциал и ключ импульсного делителя 9 находится в верхнем положении, подавая на фильтр образцовое напряжение Ui. Поскольку дополнителышш RSтрштер 5 находится в едюшчном чюстоянии, то счет в реверсивном счетчике 2 производится в обратном направлении (вычитание). Импульсы с генератора 4 с частотой сл« дования FO спишут код N. за время (,. При этом на входе счетчика 2 появится импульс заема, который опрокинет триггер 5 ю едшшшюго состояния в нулевое и через элемент ИЛИ 6 поступит на шину перешжи в счеттак 2.Благодаря этому в счетчик 2 вновь запшнется код NX, но поскольку триггер 5 иаменил свое состояние, то и направление счета измешйось с обратного (вычитание) на прямое (сложение). Теперь имиульсы с генератора 4 с частотой следования FO, поступая на бхвд счетчика, дополняют его код до максимального значения эа время t2(No-Nx)/Fo, где NO - полная емкость счетвдка 2. В момент переполнения счетчика на его выхода появится импульс переноса, который опрокинет ЯЗ-тргатер 5 из нулевого состояния в ёдинйчйбё а одновременно поступит на шину переписи счетчика 2. При этом код NX в счетчике 2 (бетано8йтея, а направление счета станет обрат1И ш. Перепад выходного напряжения ВЗ-триггера 5 постушгг на счетный вход триггера 7 и установит его в нулевое состояние. Далее, по истечении времени ti Nx/Fo на выходе заема счетчика 2 снова появится импульс. Он опрокинет RS-триггер 5 из единично-; го состояния в нулевое, при этом на выходе элемента И-ИЛИ 8 установится нулевой потенци ал, а илтульсный делитель 9 переключится с шин образцового напряжения Ui к шине образцового напряжения Uj. Таким образом, устройство пройдет снова все те состояния, с которых мы начали рассмотрение его работы, Сле|довательно, с выхода Н5-т{ иггера 5 непрерывно будут следовать импульсы с периодом ,(Mo-N«)/Fo No/Fo. а с выхода элемента И-ЙЛИ 8 будут следовать импульсы с периодом 2Т 2No/Fo. Ну фиг. 2 диаграмма 1 показывает вид сигнала, получаемого на выходе триггера 5. Для передачи информации о знаке преобразуемого кода в схему введены дополнительно статный триггер 7 и элемент И-ИЛИ 8. Временные соотношения импульсных последовательностей, , поясняющие работу этих элементов также приведены на рис. 2, где на диаграмме 2 показано выходное напряжение триггера 7, на диаграмме 3 - выходное напряжение триггера знака 3, а на адаграмме 4 - выходное напряжение элемента И-ИЛИ 8. Как видно из временных диаграмм, на выходе элемента 8 единичный гютенциая длительностью T-KI и вуяевоЁ нотвшшал длительностью Т-tj погвятся TBHIU в том случае, когда на входе элемета S, соединенном с регистром знака 3, имеется ещошчиый потенщшл. В противном ;случае, когда с триггера знака будет поступать нулевой потенциал, на выходе элемента 8 единичный потенциал будет иметь длительность Т-ti, а нулевой потенциал - длительность Т«,. Если теперь в качестве управляющих ключом потенциалов в импульсном делителе ис-: пользовать эту временную последовательное нулей и единиц, представляющую собой широтно-ймпульсный модулироврт1ый сигнал, то на выходе нюютх частот, являющегося вьрсодом всего цифроаналогового преобразователя выделится постоянная составляющая напряжения, определяемая соотноще1шем Т±-ЬнЙТ 2r(jU., Ua(i/. . °T±t -, liil Ti-t., оАи, где верхние знаки в суммах T±ti и Т :fli относятся к случаю положительного знака преобразуемого кода, а нижние - к случаю отрицательного з.нака этого кода. Если условиться, «jnro и , тоiti Л Ь)цд, О знаке преобразуемого кода т.е. информация определяет знак выходного усредненного нанря

690624 жения, а величина этого напряжения пропорциональна коду, записаюгому в регистре 1. Как видно из конечной формулы преобразования, величина напряжения совершенно не зависит от частоты генератора заполняющих импульсов. Благодаря использованию цифроаналогового преобразователя расишрюгась функциональные возможности устройства, такие как регистрации выходного параметра в виде непрерывнбго уни-фицироваиного, гальванически развязанного от корпуса прибора аналогового сигнала. Сигнал может быть представлен в виде тока или напряжения - в зависимости от используемого типа регистрирующего прибора. Формула изобретения Цифроаналоговый преобразователь, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с триггерным делителем частоты, установочные входы которого через цепь переписи подключены к регистру входного кода, а выход ртереноса соединен с одним входом дополнительjHoro триггера, счетный триггер, элемент И-ИЛИ |одкн вход которого подключен к шине знака Преобразуемого кода, и импульсный делитель образцового напряжения, отличающийс я тем, тао, с целью упрощения устройства и повышения точности преобразования, в него дополгштельно введен элемент ИЛИ, а триггерный делитель частоты вьшолнен в виде реверсивного счетчика, второй выход переноса которого соединен со вторым входом дополни.тельного триггера, выходы которого подключе,ны к илшам управления прямым и обратным счетом триггерного делителя соответствешю, а |входы соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого,подключен к шине переписи кода триггерного делителя, с шиной управления прямым счетом которого соединены второй вход элемента И-ИЛИ и вход счетного триггера, выход которого подключен к третьему входу элемента И-ИЛИ, четвертый вход которого соединен с шшюй управления обратным счетом триггерного делителя, а выход подключён ко входу импульсного делителя образцового напряжения. ИстОчншси информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №508924, кл. Н 03 К 13/02, 25.10.74. 2. Авторское свидетельство СССР №354561, л. Н 03 К 13/20, И.OS.70 .(прототют).

n

TflS