Устройство для контроля работоспособности аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для контроля работоспособности одноканальных или. многоканальных аналого-цифровых преобразователей в процессе производства аппаратуры для автоматических систем управления при проведении регулировочных и приемо-сдаточных испытаний.

Известно устройство для проверки аналого-цифровых преобразователей напряжение-код, использующее автоматический режим проверки и разбраковки приборов методом последовательного .статического анализа. Устройство содержит проверяемый преобразователь, преобразователь кодов, цифровой вычитающий блок, задатчик кодов, источник образцового регулируемого напряжения, блок сравнения кодов, счетчики, индикаторы, дискриминаторы, задатчик вероятностей ошибок, цифроаналоговые преобразователи .

Недостатком известного устройства является то, что оно прекращает работу проверяемого преобразователя при фиксации брака, что затрудняет анализ и поиск неисправностей в процессе проведения регулировочных работ, усложняет их тарировку, а отсутствие режима самопроверки устройства снижает достоверность его функционирования и может приводить к пропуску бракованных по точности преобразователей .

Недостатком устройства является также возможность появления ошибок оператора при визуальном контроле, невозможность проведения анаЛиза точ10ности выходных характеристик проверяемых преобразователей из-за отсутствия документирования результатов преобразования, невозможность точного определения величины погрешности АЦП

15 в любой точке шкалы преобразования и отсутствие контроля временных параметров выходных сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем,

20 что в устройство контроля работоспособности аналого-цифровых преобразователей, содержащее блок синхронизации и управления, вход которого сое25динен с шиной Пуск, а выход - с соответствующим входом проверяемого аналого-цифрового преобразователя, один из выходов котсфого соединен с первым входом преобразователя кодов, образцовый источник, цифроаналоговый

30 цреобра.зователь, счетчик, блок индикации, введены блок контроля, блок программ, блок коммутации, цифровой вольтметр, блок кода вольтметра, блок команд управления, блок анализа блок согласования, цйфропечатакяций блок, шины Автомат, Ручной, Самопроверка , Установка нуля, Сброс , соединенные соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым управлянлцими входами блока синхронизации и управления, первый выход которого соединён с первыми входами блоков коммутации и индикации и вторым входом преобразователя кодов, второй выход соединен с первыми вход ми аналого-цифрового преобразователя блока программ и третьим входом преобразователя кодов, третий выход сое динен с первым входом цифроаналогово го преобразователя, вторым входом блока программ и первым входом блока кода вольтметра, четвертый выход под ключен к четвертому входу преобразователя кодов, пятый выход соединен с вторьом входом блока кода вольтметра, шестой выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразовател а его выход соединен со вторым входом блока коммутации,выходом счетчика, дервым входом блока согласования и вторым входом блока индикации, третий вход которого соединен с первьам входом блока команд управления, с первым выходом блока анализа и вторым входом блока-согласования, четвертый вход соединен с третьим входом блока согласования,с первым выходом блока контроля и вторьдм входом цифро-аналогового преобразователя, пятый и шестой вход соединены соответственно с первым и вто рым выходами блока программ, причем второй вход блока команд управления соединен с первым выходом преобразователя кодов и с первым входом блока контроля, второй и третий выходы которого соединены соответственно с седьмым и восьмым входами блока индикаций, второй вход соединен со вто рым выходом преобразователя кодов третий вход соединен со вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, и третьим входом блока программ а четвертый вход подключен к третьему выходу .блока программ, четвертый выход которого соединен с первым входом блока анализа и четвертым вхо дом блока согласования, пятни выход соединен с первым .входом счетчика, шестой выход соединен с третьим входом, а четвертый вход с первым выходом цифроаналогового преобразователя/при этом пятый вход соединен с первым выходом блока команд управления, а шестой вход соединен с третьим выходом аналого-цифрового преобразователя и с пятым входом преобразователя кодов третий ёыход которого соединен со вторым входом блока анализа и с третьим входом блока команд управления, четвертый вход которого соединен с пятым входом блока согласования я с первым выходом блока кода вольтметра, а второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с третьим, четверт.ым и пятым входами блока анализа, первый, второй, и третий выходы которого соответственно соединены со вторым, шестым и седьмым входами блока согласования, восьмой вход, первый и второй выход которого подключен соответственно к выходу первому и второму входам цифропечатающего блока, при этом первые вхОд и выход цифрового вольтметра соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом блока кода вольтметра, а второй вход с выходом блока коммутации, аналоговые выходы которого соединены с соответствуняцими входами аналого-цифрового преобразователя, при этом его третий вход подключен к образцовому источнику, а четвертый вход соединен со вторым выходом цифроаналогового преобразователя, третий и четвертый выходы которого подключены ко второму и третьему входам счетчика, а четвертый вход соединен с 11Ц1НОЙ Сброс. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Схема устройства содержит шины Автомат 1, Ручной 2, Самопроверка 3, Установка нуля 4, Сброс 5, блок синхронизации и уп равления б, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, блок коммутации 8, образцовый источник 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, счет-, чик 11, блок программ 12, блок контроля 13, преобразователь кодов 14, блок команд управления 15, блок анализа 16, блок согласования 17, цифропечатающий блок 18, блок 19 кода вольтметра, цифровой вольтметр 20, блок индикации 21, шина Пуск 22. Устройство контроля работоспособности аналого-цифровых преобразователей может работать в следующих режимах: контррль работоспособности АЦП в автоматическом режиме, контроль, работоспособности АЦП в ручном реЖиме, режим самопроверки. Метод контроля АЦП 7 в автоматическом режиме состоит в следующем. Контроль выходного кода по адресу выбранного канала производится при каждом изменении выходного кода АЦП 7 с приходом сигнала конец преобразования (КПр) Контроль ведется путем С1равнения выходного кода АЦП 7 с кодом цифрового вольтметра 20, кот6{Х:1Й производит измерение входного напряжения, подаваемого на вход выбраяного канала. Коды с выхо-:: да АЦП 7 и цифрового вольтметра 20 сравниваются по правилу: - . laV -lAun значения кодо соответственно цифров го вольтметра 20 и АЦП 7; Д - допуск на значение вы ходного кода. При поступлении по шине Устано ка нуля 2 потенциального сигнала с логической 1 АЦП 7 приходит в исходное состояние, и на его информационных выходах устанавливаются потенциальные уровни логическо го О. При поступлении по шине Сброс 5 сигнала с уровнем логичес кой 1 устройство контроля приводится в исходное состояние. При поступлении по шинам Ручной 3, Самопроверка 4 сигналов с уровнем логического О последние блокируют формирование сигналов управления в блоке синхронизации и управления б режимов Ручной, Самопроверка. С приходом на блок синхронизации и управления б по шиуам Пуск 22, Автомат 1 разрешающих сигналов с уровнем логической 1 последний на чинает формировать импульсы запуска которые поступают на входы блока программ 12, блока кода 19 вольтметра и цифроаналогового преобразователя 10 и синхронизируют работу всего устройства. При поступлении на блок программ 12 сигналазапуска он начинает вырабатывать сигнал раз решения работы счетчика 11. Счетчик 11- формирует первичную, адресную ком бинацию, которая с его выхода посту пает на соответствующие входы блоков синхронизации и управления 6, согласования 17, коммутации 8 и индикации 21. При поступлении адресного кода на блок синхронизации и управления б он начинает вырабатывать импульсы запуска и синхронизации, поступающие на вход АЦП 7 входы блока программ 12 и преобразователя кодов 14. К этому моменту по импульсу запуска реверсивный счетчик , входящий в ЦАП 10, выдает сигналы управления разряд ми ЦАП 10, и на его выходе устанавливается максимальное отрицательное напряжение, соответствующее верхнему пределу шкалы преобразования АЦП 7, которое поступает через блок коммутаций на вход АЦП 7, номер которого определяется комбинацией адресного кода, и на измерительный вход циф рового вольтметра 20, который непрерывно по импульсу запуска измеряет входное напряжение АЦП 7, индицирует его и преобразует в цифровой код, ко торый записывается и хранится в блоке 19 кода цифрового, вольтметра на между запускс1ми. При поступлении на управляющие входы АЦП 7 адресного двоичного кода и импульсов Записи адресного кода, число которых равно числу разрядов в адресном коде, производится запуск АЦП 7j и на его выходах формируется одиночный импульс Конец преобразования - результат преобразования последовательный информационный двоичный код на третьем - импульсы записи информационного кода. Последонательный информационный двоичный код с вь.хода АЦП 7 одновременно с импульсами записи информационного кода, представляющего пачку, число импульсов в которой соответствует числу разрядов АЦП 7, поступает на соответствующие входы преобразователя кодов 14, преобразуется в параллельный, выделяется знак результата и хранится между запусками. Поскольку отрицательные числа на выходе АЦП 7 представлены в обратном коде, то в преобразователе кодов 14 осуществл ется инвертирование обратного кода, а прямые коды проходят без изменений. По окончании записи кода в преобразователь кодов 14 с выхода последнего на блок контроля 13 выдается сигнал разрешения контроля, выходного кода, по которому код из преобразователя кодов 14 переписывается в блок контроля 13, который по разрешающему сигналу с выхода блока программ 12 формирует допуск (+Д) для контроля выходного кода АЦП 7 методом допускового контроля. Запись и перезапись кода в блок контроля 13 производится (при изменении выходного на дискрет) по сигналу Конец, преобразования с АЦП 7. Для фиксации результатов допускового контроля блок контроля 13 содержит триггеры Годен и Брак. Рассмотрим работу устройства, когда АЦП 7 не прошел допусковой контроль . При непрохождении допускового контроля в блоке контроля 13 вырабатывается запрещающий сигнал, который поступает на соответствующие входы триггеров Годен и Брак, при этом выход триггера Брак переключается в состояние, логического О, а выход триггера Годен в состояние логической 1. Сигнал с выхода триггера Брак поступает на входы ЦАП 10 и блоки согласования и индикации, при этом блокируется вход счетчика ЦАП 10, и на его выходах формируются закрещающие сигналы: Запрет программ , поступающий на вход блока . программы 12, Запрет адреса, поступающий на вход счетчика 11- - и устройство переходит в циклический режим контроля точки шкалы преобразования, не прошедшей допусковый контроль, с частотой запуска, определяемой блоком синхронизации и управления б, а АЦП 7 оцифровывает неизменяющееся

выходное напряжение ЦАП Ю. каждом запуске устройства код, записанный в блок 19 кода вольтметра,с его выхода поступает на входы блоков согласования 17 и команд управления 15, на входы последнего поступает информация о знаке выходного кода с выхода преобразователя кодов 14 и информационный код, которые записываются в соответствующие регистры и обрабатываются. По результатам обработки с выходов блоков команд управления 15 на одноименные входы блока анализа 16 поступают импульсы Запуск и Разрешениезаписи кода, а также выходной код. На входы блоков согласований 17 и анализа 16 с выхода блока программ 12 поступает сигнал Запись, разрешает прохождение информации на входы блока анализа 16. В блоке анализа 16 происходит оценка результатов преобразований кода цифрового вольтметра и информационного кода, приведенных к одной размерности, путем логических операций сложения, вычитания и сдвига, определение знака разности этих кодов, -определение реальной погрешности преобразования АЦП 7. Сформированные на его выходах сигналы гвместе с информационным кодом поступают на соответствунхцие входы блока согласований 17. На другие входы его поступают адресный код (номер контролируемого канала), код цифрового вольтметра с учетом знака и сигнал Брак. Блок согласований обеспечивает согласование сигналов, поступающих на цифропечатающий блок 18 по амплитуде и обеспечивает гальваническую развязку между цифропечатающим блоком 18 и устройством.

При совпадении сигналов Готов с цифропечатающего блока 18 и Запуск выдается сигнал готовности цифропечатающего блока 18 к печатанию и на ленте печатается информация, подключенная к входам блока согласования 17. При поступлении на его вход сигнала Брак последни фиксируется на лейте и при следующем запуске устройства блокирует вход, на который подается разрешающий сигнал Запуск. Цифропечатающий блок 18 прекращает печатать информацию. Для того, чтобы продолжить контроль остальных точек шкалы преобразования АЦП 7, достаточно по шине Пуск 22 на блок синхронизации 6 кратковременно подать сигналы О, а затем 1. Устройство при этом выводит из зацикленного режима контроля точки шкалы преобразования АЦП 7, не прошедшей допусковый контроль, и переходит к контролю по программе, а цифропечатающий блок 18 продолжает печатать информацию о результатах преобразования.

Если допусковый контроль проходит без брака, то переключения триггеров Брак, Годен не происходит и с выхода блока контроля 13 на соответствующий вход блока индикации 21 выдается сигнал Годен, который в процессе контроля непрерывно индицируется .

Если допусковый контроль последовательного информационного двоичного

кода прошел без выдачи сигнала Брак, то с четвертого выхода блока программ 12 выдается команда разрешения на четвертый вход ЦАП 10, и число, записанное в счетчике ЦАП 10, уменьшится на единицу. При следующем

5 запуске АЦП выходное напряжение на аналогичном выходе ЦАП 10 уменьшается на один младший дискрет и устройство начинает контролировать работоспособность АЦП 7. При прохождении

0 проверок допусковым контролем в диапазоне изменения выходного напряжения ЦАП 10 от минус и ыхуися о О, напряжение на выходе ЦАП 10 начинает увеличиваться на величину младшего

5 дискрета ЦАП 10 в диапазоне от О до Вых rtioiK Если проверка по данному адресу прошла без брака, то цифропечатающий блок 18 печатает в десятяч ом коде следующую информацию:

номер проверяемого канала (адрес),

выходное напряжение ЦАП 10 с учетом знака полярности, число дискретов, соответствующее выходному коду АЦП 7 с учетом знака, величину погрешности преобразования с учетом знака ,

если блок контроля выдгш сигнал

Брак, то он печатается на ленте. При поступлении адреса на вход блока коммутации 8 последний в соответствии с адреснд)й комбинацией подключает следующий вход АЦП 7 к аналоговому выходу ЦАП 10, ори этом на управляющий вход счетчика 11 поступает та же адресная комбинация, что и на-блок коммутации 8, и АЦП 7 вклюс чает в соответствии с ней канал,на который подается напряжение с выхода ЦАП 10, и начинается процесс контроля, описанный выше. Подобным образом осуществляется перебор всех

л каналов АЦП 7, а после окончания контроля последнего канала, с первого выхода блока программ 12 на первый вход счётчика 11 поступает запрещающий сигнал, по которому последний переходит в исходное состояние, а с

выхода блока программ 12 на вход блока индикации 21 вьщается команда об окончании контроля и на нем индицируется Проверка окончена, Годен. Непрерывно по каждому запуску устО ройства последнее производит контроль временных п1араметров сигналов Конец преобразования и записи информационного кода, для этого с блока команд управления 15 на вход блока программ 12 выдается разрешающий сигнал

на контроль временных параметров.На входы блока программ 12 поступают соответственно сигналы Конец преобразования и последовательный информационный код с выходов АЦП 7 и сигнал записи адресного кода, относительно последнего импульса которого производится запуск счетчика, сигналы с которого дешифрируются и сравниваются с входными сигналами, причем контрольные сигналы формируются с учето возможных временных разбросов входных сигналов, при несовпадении контрольных сигналов с .входным и блок программ 12 вырабатывает сигнал Брак временных импульсов, который блокирует сигнал запуска на его входе и с другого выхода поступает на вход блока индикации. Контроль временных параметров взаимного расположения сигналов Конец преобразования и записи информационного кода необходим для фиксации кратковременных сбоев, отказов, несинхронной их выдачи, а также синхронных сбоев сигнало последовательного информационного кода, записи информационного кода и , конец проверки на одной частоте при неисправностях в трактах формирования контролируе1 ого АЦП 7.

В процессе автоматического .контроля непрерывно на блок- индикации 21 выводится и индицируется в десятичном коде следующая информация; номер контролируемого канала, выходной код АЦП 7с учетом знака Годен, Брак Проверка окончена. В блоке индикации 21 осуществляется перевод двоичного кода с ЩП 7 в десятичный. Число сотен, десятков, единиц запоминается счетчиком и переписывается в соответствующие разряды регистра индикации.

Работоспособность .АЦП 7 в ручном режиме производится при поступлении на блок синхронизации и управления б по шинам 1,2,4 и 5 сигналов с уровнем логического О, а по шинам Ручной 3, Пуск 22 сигнашов с уровнем логической 1, при этом блок синхронизации и управления б начинает формировать импульсы запуска, поступающие на соответствующие входы управления АЦП 7, причем структура адресного кода задается вручную с органов управления, расположенных в блоке синхронизации и управления 6, с первого выхода которого адресный код постуццет на одноименные входы преобразователя кодов 14, блоков индикации 21 к коммутации 8. При поступлении адресного кода на блок коммутации 8 последний в соответствии с адресной комбинацией подключает к выбранному входу АДЙ 7 напряжение образцового источника 9, выходное напряжение которого может изменяться от минус ивь1хупах ° Unbixvyiin которое подается на измерительный вход

цифрового вольтме.тра 20, и он непрерывно производит измерение его величины и индикацию. При поступлении на управляквдие входы АЦП 7 сигналов адресного кода и записи адресного кода производится запуск АЦП 7, последний в соответствуии с адресной комбинацией включает канал, на вход которого подается выходное напряжение с образцового источника9, выходной код АЦП через преобразователь кодов

0 14 и блок контроля 13 поступает на третий вход блока индикации 21 и непрерывно индицируется. Задавая различные комбинации адресного кода в блоке синхронизации и управления 6, мож5но проконтролировать точность преобразования в любой точке шкалы преобразования для каждого канала АЦП 7 по известному входному напряжению, индицирующемуся на блоке индикации 21,

0 - кроме того, на последний выводится информация о номере контролируемого канала.

Ручной режим работы устройства необходим при анализе сложных параметSрических отказов в контролируемом АЦП 7 и проведении регулировочных работ.

для проведения диагностики исправности устройства последнее имеет самопроверки. Переход на режим

0 самопроверки происходит при поступлении на блок синхронизации 6 по шине Самопроверка 3 потенциального сигНсШа с уровнем логической 1, при этом устройство может работать либо

5 в автоматическом, либо в ручном режимах .

Рассмотрим работу устройства в ручном режиме, так как автоматический режим самопроверки аналогичен авто0матической проверке АПЦ 7, то с той лишь разницей, что вместо выходных , сигналов АПЦ 7 последовательного информационного и записи информационного кода используются входные сигналы управления, адресный двоичный

5 код, запись адресного кода, а сигнал Конец преобразования формируется в блоке контроля 13. При поступлении по шине 4 сигнала логической 1 на блок синхронизации и управления б

0 последний формирует сигнал признака самопроверки, который с его выхода поступает на вход преобразователя кодов 14 и блокирует прохождение выходных сигналов с АЦП 7 и разрешает

5 прохождение сигналов управления адресного двоичного кода и записи адресного кодс1, поступающих с выхода блока синхронизации 6 на одноименные входы преобразователя кодов 14, приОч:ем число разрядов и синхроимпульсов в структуре этих сигнгшов соответствует числу разрядов в выходном информациониом коде и числу импульсов записи информационного кода. Про5цесс контроля осуществляется так же.

как при контроле с АПЦ 7, при этом все изменения в структуре адресного кода задаются из -блока синхронизации и управления 5 вручную. Признаком правильного функционирования устройства является соответствие адресного двоичного кода и десятичного кода на блоке индикации. Режим самопроверки позволяет проверить работу всех цифровых узлов и блоков устройства контроля.

Использование данного устройства позволяет качественно повысить контроль точности многоканальных АЦП, определять величину и знак погрешности, документировать результаты контроля, что позволяет исключить пропуск бракованных изделий и повысить надежность выпускаемой продукции.

Формула изобретения

Устройство контроля работоспособности аналого-цифровых преобразователей, содержащее блок синхронизации и управления, вход которого соединен с шиной Пуск, а выход с соответствующим входом проверяемого аналого-цифрового преобразователя, один из выходов которого соединен с первым входо .преобразователя кодов, образцовый источник, цифроаналоговый преобразователь, счетчик, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, введены блок контроля, блок программ, блок коммутации, цифровой вольтметр, блок кода вольтметра, блок команд управления, блок анализа, блок согласования, цифропечатающий блок, шины Автомат, Ручной, Самопроверка, Установка нуля, Сброс, соединенные соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым управляющими входами блока синхронизации и управления, первый выход которого соединен с первыми входами блоков коммутации и индикации, и вторым входом преобразователя кодов, второй выход соединен с первыми входами аналого-цифрового преобразователя, блока программ и третьим входом преобразователя кодов, третий выход соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, вторым входом блока программ и первым входом блока кода вольтметра, четвертый выход подключен к четвертому входу преобразователя кодов, пятый выход соединен со вторым входом блока кода вольтметра, шестой выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя , а его вход соединен со вторым входом блока коммутации, выходом счетчика, первым входом блока согласования и вторым входом блока индикации, третий вход которого соединен с первым входом блока команд управления, с

первым выходом блока анализа и вторым входом блока согласования, четвертый вход соединен с третьим входо блока согласования, с первым выходом блока контроля и вторым входом цифроаналогового .преобразователя, пятый и шестой вход соединены соответственно с nepBbjM и вторым выходами блока программ, причем второй вход блока кома управления соединен с первым выходом и с первым входом блока контроля, второй и третий выходы которого соединены соответственно с седьмым и восьмым входами блока индикаций,второй вход соединен со вторым выходом преобразователя кодов, третий вход соединен со вторым выходом аналогоцифрового преобразователя и третьим входом блока программ, а четвертый вход подключен к третьему выходу блока программ, четвертый выход которого соединен с первым входом блока анализа и четвертым входом блока согласования, пятый выход соединен с первым входом счетчика, шестой выход соединен с третьим входом, а четвертый вход с первым выходом цифроаналогового преобразователя, при этом пятый вход соединен с первым выходом блока команд управления, а шестой вход соединен с третьим выходом аналого-цифрового преобразователя и с пятым входом преобразователя кодов, третий выход которого соединен со вторым входом блока анализа и с третьим входом блока команд управления, четвертый вход которого соединен с пятым входом блока согласования и с первым выходом блока кода вольтметра, а второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно .с третьим, четвертым и пятым входами блока анализа, первый,.второй, третий выходы которого соответственно соединены со вторым, шестым и седьмым входами блока согласования, восьмой вход, первый и второй выход которого подключен соответственно к выходу, первому и второму входам цифропечатающего блока, при этом-первый вход и выход цифрового вольтметра соединены соответственносо вторым выходом и третьим входрм блока кода вольтметра а второй вход с выходом блока коммутации , ансшоговые выходы которого соединены с соответствукяцими входами аналого-цифрового преобразователя, при этом его третий вход подключен к образцовому источнику, а четвертый вход соединен со вторым выходом цифроаналогового преобразователя, третий и четвертый выходы которого подключены ко второму и третьему входам счетчика, а четвертый вход соединен с шиной Сброс.

Источники информации, принятые во внимание при эспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 399059, кл. Н 03 К 13/02, 27.07.71