Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

(54) АНАЛОГСХ..ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КОРРЕКЦИЕЙ Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть ис пользовано для измерения аналоговых сиг utanoB и индикации измеряемой величины в цифровом виде в информационно-измерительных и телемеханических измеритель- шых системах. Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий переключатель, соединенный первым входом со входной юйной устройства, вторым входом -v с выходом Ш1фро-«налогового преобразователя, выхо дсм - со входом преобразователя, вычис.литель, генератор импульсов, соединенный с вычислителем, индикаггор результатов измерения, включенный на выходе вычислителя, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами переключателя, преобразователя и вычислителя 111. Недостатсяс этого аналого-цифрового преобразователя заключается в умеиьаении быстродействия, связанном с необхо мостью выполнения дополнительных вычис

ПОГРЕШНОСТИ литель 1ых операций для определения корректирующего воздействия. Целью изобретения является .поньпие- кие быстродействия. Поставленная цель достигае -ся тем, что в аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности, содержащий генератор импульсов, переключатель, первый вход которюго соединён со входной шиной, второй вход - с первым выходом блока управления, третий вход через ци4 ро-аналоговый преобразователь - с выхо дами блока памяти и выход - с первым входом преобразователя напряжение-временной интервал , при этом первый вход первотх) реверсивного счетчика соединен со вторым i bOionoM блока управления, введены семь элементов И-НЕ, элемент ИЛИ, второй резистивный счетчик и два триггера, лричем единичный вход первого триг гера соединен с выходом преобразователя напряжение-временной интервал и с первым входом первого элемента И-НЕ, ну- левой вход - с третьим выходом блока управления, а единичный выход - с первыми входами второго и третьего элемен тов И-НЕ, при этом второй вход второго элемента И-НЕ соединен с единичным выходом второго триггера и с первыми входами четвертого и nsrroro элементов , а выход подключен ко входу блока управления, к первым входам шестого и седьмого элементов И-НЕ и ко вторым входам третьего и пятого элементов ИНЕ, выход последнего соединен с вычита, юшим входом первого реверсивного счетчика, сумми ующий вход которого соединен с выходом третьего элемента И-НЕ, входы параллельной записи соединены с выходами второго реверсивного счетчика таким образом, что выход п -ного раэря да второго реверсивного счетчика соединен со входом п +1-ГО разряда первого реверсивного счетчика и со входами эле мента ИЛИ, а выходы подключены ко входам параллельной записи блока памяти и ко входам блока индикации, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход ко торого соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом шес1 ого элемента И-НЕ, а выштаюпщй вход - с выходом седьмого элемента И НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, со вторым входом шестого элемента И-НЕ и с третьими входами третьего и пятого элементов И-НЕ, четвертьхе входы которых сое«« динены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, восьмой выход которого соединен с третьим входом седьмого элемента И-НЕ, девятый выход соединен с третьим входом шестого элемента И-НЕ, десятый и одиннадцатый выходы соединены сосзтветственно со вхо дами управления параллельной записью и сдвигом блока памяти, двенадцатый и три надцатый выходы соединены соотв етствен- но со вторыми входами первого и четвертого элементов И-НЕ, четырнадцатый вы« ход соединен со вторым входом преобразователянапряжение-временной интервал третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами четвер того и первого элементов И-ЛЕ; при этом третий вход последнего соединен с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с пятнадцатым выходом блока управления, а иньертируюший единичный вход - с выходом элемента И-НЕ. 284 На чертеже представлена структурная элект рическая схема устройства. Преобразователь содержит реверсивные счетчики 1, 2, блок памяти 3, элементы И-НЕ 4-10, генератор импульсов 11,ци4 ро«аналоговый преобразователь 12, переюиючатель 13, преобразователь напряжение-временной интервал 14, триггеры 15 и 16 J блок управления 17, элемент ИЛИ 18, блок индикации 19, входную шину 20. Работа устройства заключается в следующем. В исходном состоянии блок управления 17 обнуляет реверсивный счетчик 2, а также устанавливает триггеры 15 и 16 в cocTosDffite 1, поэтому на выходе элемента И-НЕ 5 состояние О. На выходе преобразователя напряжение-временной интервал в исходном состоянии сигнал . По сигналу блока управления 17 преобразователь напряжение-временной интервал 14 подключается через переключатель 13 ко входной шине 20, на которую подано измеряемое напряжение. С выходом элемента И-НЕ 5 сигнал О поступает на входы элементов И-НЕ 6, 8, 9 и 10, благодаря чему на их выходах имеются сигналы 1. По сигналу с блока управления 17 преобразователь напр$ жение временной интервал 14 начинает работу, и на его выходе появляется сигнал О. Одновременно блок управления 17 подает сигнал 1 на третий вход элемента И-НЕ 9 н переводит триггер 15 в состояние О. Импульсы генератора 11 через элемент И-НЕ 9 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 2. В момент окончания временного интерн вала, соответствующего измеряемому напряжению, на выходе преобразователя 14 появляется сигнал 1, который переводит триггер 15 в сосярояние , и на выходе элемента H-4iE 5 появляется сигнал О. При этом на выходе элемента И-НЕ 9 появляется сигнал . В реверивном счетадке 2 запшиется число NOI , соответствующее времени работы преобра-, зрвателя 14; )1Ь ,(1) где U - измеряемое напряжение; (i, - относительная мультипликатив ная состашшющая погрещности преобразователя 14; - абсолютная аудитивная составляющая погрешности преобразователя 14. После этого по сигналу с выхода элемента И-НЕ 5 блок управления 17 снова выдает сигнал О на третий вход элемен та И-НЕ 9. Одновременно сигнал с блока управления 17 поступает на управляющий вход счетчика 1, благодаря чему число HO, записанное в счетчике 2, переписывается в счетчик 1. Поскольку выход п -но го разряда счетчика 2 соединен со входом п +1-ГО разряда счетчика 1, число NO из счетчика 2 будет переписано в счетчик 1 со сдвигом на единицу в сторо ну старших разрядов, что равносильно умножению этого числа на два (используется двоичная система представления числа NO . Таким образом, в счетчике 1 будет записано число 1NosaU l+cL). Одновременно сигналом управления параллельной записью, подаваемым с блока управления 17, число с выхода ре версивного счетчика 1 записывается в блок памяти 3, который выполнен в виде сдвигающего регистра. Затем по сигналу управления сдвигом происходит сдвиг записанного числа в разрядах блока памяти 3 на единицу в сторону младших разрядов т.е. в блоке памяти будет записано число Но (1). Код этого числа подается на цифра-аналогоыг1й преобразователь 12, на выходе которого появляется аналоговая величина, соответствующая коду числа NOПо сигналу с блока управления 17 переключатель 13 соединяет выход цифроаналогового преобразователя 12 со входом преобразователя напряжение-временной интервал 14, После этого по сигналу бло ка управления 17 преобразователь напряжение-временной интервал начинает работу. Одновременно блок управления 17 подает сигнал 1 на четвертый вход элемента И-НЕ 8 и переводит триггер 15 в состояние О. При этом импульсы с генератора 11 через элемент И-НЕ 8 поступают на вычитающий вход счетчика 1, В момент окончания временного интервала, преобразователь напряжение-вре- . менной интервал 14 переводят триггер 15 в состояние 1, и счет импульсов прекращается, В счетчике 1 будет записа первый итера1 ион11ый результат измерения(i4:)-dLfb. Далее с блока управления 17 на четвертый вход элемента И-НЕ 8 снова подается сигнал О, а на вход управления параллельной записью блока памяти 3 сигнал раарешения записи числа из счетчика 1, Число N записывается в блок памяти 3 и оттуда поступает на цифро-аналоговый преобразователь 12, с выхода которого аналоговая вели1гана, т.е. напряжение, соответствующее коду числа N, поступает на вход преобразователя напряжение-временной интервал 14, После этого блок управления 17 выдает сигнал запуска преобразователя 14, переводит триггерах 15 и 16 в состояние О и выдает сигналы 1 на вторые входы элементов И-НЕ 4 и 7, на третий вход элемента ИНЕ 1О и на четвертые 1ходы элементов И-НЕ 6 и 8. Импульсы г.енератора импульсов 11 начинают поступать через элемент H-JRE 1О на вычитающий вход счетчика 2, в котором записано число ()4|b. Разность D между числом Но и результатом измерения напряжения, соответствующего числу 4 , определяется формулой: DsA+dL U- d. ibfdLfb. С целью уменьшения мультпликативной составл$иошей погрешности измерения в приборе предусмотрена коррекция чувствительности преобразователя напряжениевре ленной интервал 14 по величине D . Поскольку при dl О имеем ,TO, минимизируя абсолютное значение величины Р изменением величины cL, можно поддерживать величину dL вблизи нулевого значения. Преобразователь напряжение-временной интервал 14 настроен таким образом, что его исходная (до коррекции) мультипликативная составляющая погрешности измерения (А.О положительна. Коррекция осуществляется уменьшением чувствительности на некоторую величину До1) каждый раз, когда D О, и увеличением чувствительности на usi-K каждый раз, когда D i. О. Величину изменения чувствительности лЛ-к выбирают такой, чтобы скомпенсировать максимально возможный уход параметров преобразователя напряжение-временной интервал 14 за время между двумя коррекциями, Коррешшя чувствительности и получение второго итерацисщного результата происходят следующим образом. Если В 7 О, временной интервал, вырабатываемый преобразователем напряжение временной интервал 14 оканчивает он до обнуления счетчика 2. В этом сдучае триггер 15 будет установлен, в состояние 1, и импульсы генератора импулысов 11 начнут поступать на суммирующий вход счетчика 1, в котором записано число N, (2). Кроме того, на выходе элемента И-НЕ 4 по5юляется сигнал О, который поступает на вход преобразователя напрявременной интервал 14, уменьшая его чувствительность на величину До1|. Далее происходит обнуление реверсивного счетчика 2, и сигнал с выхода эле- мейта ИЛИ 18 установит триггер 16 в состояние I, на выходе элемента И-НЕ 5 появится О, счет импульсов будет прекращен, и блок управления 17 снова установит сигналы О на вторых входах элементов И-НЕ 4 и 7 на третьем входе элемента И-НЕ 10 и па четвертых входах элементов И-НЕ 6 и 8. Количество импульсов, прошедших на суммирующий вход счетчика 1, при этоы будет равно числу, оставшемуся в счетчике 2 в момент окончания временного интервала, вы рабатываемого ппеобоаЬователем напряж ние-временной интервал 14, т.е. D. Пусть D О. В этом случае триггер 16 перейдет в состо1шие 1 раньше или одновременно с появлением сигнала 1 на выходе преобразователя напряжениевременной интервал 14. На выходе элемента И-НЕ 7 появится сигнал О, что повысит чувствительность преобра ователя на величину &dl)(.. При этом, если 1)0, то в момент обнуления счетчика 2 триггер 16 будет установлен в состояние 1, и с этого момента будет произвошться одновременное вычитание импу;,сов из счетчиков 1 и 2 соответственйо через элементы И-НЕ.1О и 8. В момен окончания временного интервала триггер 15 перейдет в состояние 1, на выходе элемента И-НЕ 5 появится сигнал О, и счет импульсов прекратится. В счетчике 1 во всех случаях образуется алгебраическая сумма величин N/j и D которая равна второму итераяион ному результату измерения N, и cL U4dL |b. При Dr О число в счетчийе 1 не меняется. По сигналу блока управления 17 число NI выводится из счетчика 1 на блок индикации 19. Поскольку уменьшение чувствительности, а и величины D происходит всякий раз, когда велга чина D становится равной или больше 1 а увеличение - всякий раз, когда она ста новится равной или меньше О, то в установившемся режиме О i Di 1. Отсюда . Поскольку для относительной погрешности второго итерационного результата измерения имеем выражение (20 ., ТО с учетом (ЗУ попогчаем , т тт 1 и I Следовательно, независимо от воздействия внешних факторов Таким образом, слределение знака величины D , необходимое для выработки корректирующего воздействия, производится в ходе получения второго итеррациониого результата и не требует дополнительных затрат времени, что увеличивает быстродействие прибора. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности, содержащий генератор импульсов, переключатель, первый вход которого соединен со входной шиной, второй вход - с першлм выходом блока управления, третий вход через цифроаналоговый преобразователь - с выходами блока памяти, и выход - с первым входом преобразователя .напряжение-временной интервал, при этом первый первого реверсивного счетчика соеданЫ со вторым выходом блока управления, о тЛЕ а ю щ и и с я тем, что, с целью 11овышения быстродействия, введены семь элементов И-НЕ, элемент ИЛИ, ктороЛ реверсивный счет-чик и два триггера, прячем единичный вход первого триггера соединен с выходом преобразователя напряжение-временной интервал и с первым вхо дом первого элемента И-НЕ, нулевой вход соединен с третьим выходом блока управления, а единичный выход соединен с первыми X входами второго и третьего элементов И-НЕ, при этом втсфой вход второго элемента И-НЕ соединен с единичным выходом второго триггера и с первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, а вьрсод подключен ко входу блока управления, к первым входам шестого и седьмого элементов и ко входам третьего и пятого элементов И-НЁ, выход последнего соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, суммирукяций вход которого соединен с выходом третьего элемента , входы

параллельной записи соединены с выходамя второго реверсивного счетчика таким образом, что выход п -ного разряда второго реверсивного счетчика соединен со входом п +1-ГО разряда первого реверсивного счетчика и со входами элемента ИЛИ, а выходы подключены ко входам параллельной зашей блока памяти и ко вкодам блока индикации, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом шестого элемента И-НЕ, а вычитающий вход - с вы: ходом седьмого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, со вторым входом шестого элемента И-НЕ и с третьими входами третьего и пятого элементов И-НЕ, четвертые входы которых соединены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, восьмой выход которого соединен с третьим входом седьмого

элемента И-НЕ, девятый выход соединен с третьим входом шестого элемента И-НВ, десятый и одиннадцатый выходы соединены соответственно со входами управления

параллельной записью и сдвигом блока памяти, двенадцатый и тринадцатый выходы - соответственно со вторыми входами первого и четверто1 э элементов И-НН, четырнадцатый выход соединен со вторым

выходом преобразователя. напряжение-временной интервал, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и первого элементов И-НЕ, при этом третий вход послед-

него соединен с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с пятнадц гым вьпсодом блока управления, а инвертирующий единичный вход с выходом элемента ИЛИ.

Источники информашш,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство по заявке № 2546074/18-21, кл. Н 03 К 13/00, 31.05.78 (прототип).