Устройство для ввода информации Советский патент 1982 года по МПК G06F3/00 H03K17/00 

Изобретение относится к автоматике, .измерительной информационной технике -и предназначено для коммутации и преобразования аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном в цифровой эквивалент. Оно может быть применено как внешнее устройство для измеритё льных информационных систем и управляющих вычислительных комплексов. Известны устройства, используемы для сбора и регистрации данных в измерительных информационных систем Эти устройства имеют коммутатор каналов, выход которого через блок усилителей и коммутатор диапазонов подключен к входу аналого-цифро вого преобразователя, а его управля щие входы подключены к выходу распр делителя, запускаемого генератором тактовых импульсов f 11. Недостатки этих устройств заключ ются в том, что регистрация с их по мощью быстроперемённых процессов С Широким динамическим диапазоном практически невозможна из-за невосполнимых потерь информации вследствие неправильного выбора рабочего диапазона. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, которое, содержит коммутатор каналов, вход которого подключен к датчикам, а выход через объединенные по входам усилители и последовательные ключи связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом устройства выбора диапазона, подключенного по выходу к управляющим входам .последовательных ключей.Управляющие входы коммутатора каналов связаны с выходом распределителя, вход которого Подключен к выходу генератора тактовых импульсов 2}. Однако и здесь,не достигнуто высокой эффективности в устранении укг13аниых недостатков, так как пер е39ключение диапазона требует здесь длительного времеки, включающего в себя столько циклов аналого-цифрового преобразования, сколько их необходимо для подбора оптимального диапазона За это время входной сигнал успевает обычно в значительной мере измениться и достоверность полученных данных, а следовательыо и надежность работы устройства, заметно снижаются. Кроме того, это устройство не позволяет ав томатически учитывать полярность .входного сигнала для более эффективного использования рабочей шкалы измерительного устройства. Цель изобретения - повьнаение быст родействия устройства за счет сокращения времени сбора сигналов с датчи ков при регистрации быстропеременных процессов с широким динамическим диа пазоном. Поставленная цель дoctигaeтcя тем что в устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых им-. пульсов и распределитель импульсов, первый выход которого соединен с одним входом первого коммут тора, другие входы которого соединены с датчи ками, блок усилителей, выходы которого соединены с входами второго ком мутатора, один выхрд которого соединён с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, а выход соединен с первым выходом устройства введены первый и второй компараторы, первый и второй регистры, последовательно соединенные счетчик и дешифра тор, последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй эле мент задержки и второй элемент И, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен с первым входом пер вого элемента И и первым входом счетчика , блок элементов И, одни вхо ды которого соединены с выходами счетчика, а выходы с входами второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с входом блока усилителей, второй ключ, первый вход ко4торого соединен с выходом первого коммутатора и входом инвертирующего усилителя, выход второго ключа соединен с входом блока усилителей и первым входом первого компаратора, второй формирователь импульсов, третий инвертор, третий, четвертый, пятый элементы И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым элементами И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и вторым входом первого элемента И, второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора, второй вход четвертого элемента И соединен с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора, первый выход триггера соединен с BTOpwiiM входом второго ключа, второй выход триггера соединен с вторым входом первого ключа и первым входом элемента И, четвертый инвертор, вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки и другим входом дешифратора, а выход соединен с вторым входом счетчика, третий выход распределителя импульсов соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом первого регистра, выход которого соединен с вторым выходом устройства, первый вход второго, компаратора соединен с выходом второго коммутатора, а выход соединен с вто-. рым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другой вход блока элементов И соединен с вторым выходом распределителя импульсов, выходы дешифратора соединены с другими входами второго коммутатора, а вход первого инвертора соединен с одним из выходов дешифратора. На чертеже представлена функциональная схема устройства для ввода информации. Устройство содержит датчики 1, третий элемент 2 задержки, генератор 3 тактовых импульсов, второй формирователь , четвертый инвертор 5, первый коммутатор 6, распределитель 7 импульсов, третий элемент И 8, счетчик 9 инвертирующий усилитель 10, второй ключ 11, триггер 12, тре-тий инвертор 13, первый элемент И Н, дешифратор 15, первый ключ 16, четвертый элемент И 17, первый форми рователь 18 импульсов, первый элемен задержки 19, блок 20 усиления, первы компаратор 21, второй коммутатор 22, пятый элемент И 23, второй инвертор 2k, первый инвертор 25, источник 26 напряжения, второй элемент 27 задерж ки, второй компаратор 28, аналогоцифровой преобразователь 29, первый регистр 30, шестой элемент Я 3-1, бло 32 элементов И, второй элемент И 33, блок З контроля обрыва датчика, вто рой регистр 35, источник Зб опорного напряжения, шина 37 нулевого потенциала. Устройство аналогового ввода рабо тает следующим образом. По сигналу с генератора тактовых импульсов 3 распределитель 7 импульсе вырабатывает сигнал переключения каналов первого коммутатора 6, подключающий один из датчиков 1 к последовательному второму к/ючу 11 и к цепочке из инвертирующего усилителя 10 и первого ключа 16. В зависимости от полярности аналогового сигнала на входе блока 20 усилителей первый компаратор 21 полярности выдаст потенциал логической единицы или нуля на инвертор 13 и элемент И 17. Допустим для определенности, что триггер 12 полярности установлен так, что ключ 11 замкнут а ключ 16 разомкнут, а с выхода первого компаратора 2:1 полярности, сравнивающего аналоговый сигнал с нулевым потенциалом, поступающим по одноименной шине 37, идет сигнал логической единицы. Через время, необходимое для затухания переходных процессов в пер вом коммутаторе 6 каналов и определяемое элементом 2 задержки переднег фронта сигнала, формирователь (коротких импульсов по переднему фронту сигнала выдаст импульс, который запишет на триггер 12 полярности соетояние первого компаратора 21 полярности. При допущенном нами предыдущем состоянии триггера 12 произойдет его переключение в противоположное состояние и на входе лока 20 усилиГелей уже будет инвертированный -вход ной аналоговый сигнал, поступающий через инвертирующий усилитель 10 и люч 16, который теперь будет Замкнут. Если за время длительности импульса с формирователя не произойдет смены полярности входного сигнала от подключенного датчика, триггер 12 полярности больше не переключится и преобразование входного сигнала в цифровой эквивалент аналого-цифровым преобразователем 29 будет проведно на данной полярности. В противном случае полярность этого сигнала на входе блока усилителей 20 может еще переключиться до начала преобразования,, работа которого задается сигналом с соответствующего выхода распределителя 7. Для исключения погрешностей измерения за счет переходных процессов при переключении ключей 11 и 16, выбор полярности входного сигнала должен закончиться за некоторое время до начала преобразования, что осуществляется соответствующим выбором длительности импульса с формирователя 4. Для исключения ошибок измерений в случае, когда входной сигнал в момент начала преобразования проходит через нуль и меняет свой знак в процессе выбора рабочего диапазона и преобразования ,на аналого-цифровой преобразователь 2 задается пьедестал по напряжению, смещающий относительный нуль преобразователя за величину, немного превышающую возможное изменение входного сигнала в момент его отсчета. После выбора полярности входного сигнала начинает работать схема автоматического выбора оптимального, в смысле точности, рабочего диапазона измерений. В промежутках между измерениями счетчик 9 диапазонов сброшен потенциальным, сигналом с выхода распределителя 7 через инвертор 5-Дешифратор 15 номера диапазона при этом з.аперт по управляющему входу тем же сигналом с распределителя, но без инверсии последнего. При поступлении сигнала с генератора 3 тактовых импульсов одновременно с переключением каналов в соответствующем коммутаторе 6 отпирается по управляющему входу дешифратор 13 диапазонов и снимается потенциальный сигнал сброса счетчика 9 через инвертор 5- Яри этом на выходе дешифратора 15 диапазонов, соответствующем самому чувствительному диапазону, появляется разрешаюи| 1Й сигнал, замыкающий соответствующий ключ второго коммутатора 22 диапазонов, подключая к входу аналогоцифрового преобразователя 29 усилит тель с максимальным коэффициентом усиления из блока 20 усилителей. Пос ле затухания переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов на элемент И поступает задержанный по переднему фронту сигнал с распределителя 7. Элемент И 1 открыт сигналом с выхода элемента И 33, поступающим через инвертор 2Ц. Сформированный формирователем 18 короткий импульс через время, определяемое элементом 19 задержки и выбираемое рав ным времени срабатывания ключей второго коммутатора 22 диапазонов, поступает на элемент И 33, на один из входов которого подается сигнал с выхода второго компаратора 28 диапазонов, сравнивающего напряжение на входе аналого-цифррвого преобразователя 29 с опорным напряжением, поступающим с источника 36 и почти равным верхнему пределу диапазона входных сигналов преобразователя 29. Если опорное напряжение меньше . входного напря)чения преобразователя 29, то на выходе второго компаратора 28диапазона появляется разреша ющий сигнал, отпирающий элемент И 33 и импульс перебора диапазона с элемента задержки 19 через элемент И 33 и инвертор 2 попадает на вход счетчика диапазонов 9, в которыйвдобавится единица по заднему фронту этого импульса, и через элемент И 14, работающий как собирательный элемент для инвертированного импульса на вход формирователя 18, который ВНОВЬ сформирует импульс, но уже по заднему фронту предыдущего импульса, и далее этот импульс повторяет предыдущий импульс, и так до тех пор, пока второй компаратор 28 диапазона не выдаст запирающий сигнал на элемент И 33 и не прекратит циркуляцию названного импульса, т.е. пока напряжение на входе преобразователя 29 не станет меньше напряжения с источника опорного напряжения 36, в счетчик 9 диапазонов при этом каждый раз добавляется единица и к входу преобразователя подключается усилитель с меньшим коэффициентом усиления из блока 20 усилителей через второй коммутатор 22 диапазонов,упра ляемый дешифратором 15 диапазонов. Таким образом, последовательно перебираются все рабочие диапазоны устройства от более чувствительного к более грубому, пока сигнал на входе преобразователя 29 не окажется в рабочем диапазоне преобразования, т.е. измерение будет г роведено на оптимально подобранном рабочем диапазоне устройства с целью получения наивысшей точности измерения. В случ,ае, если входной сигнал преобразователя 29 не попадает в его рабочий диапазон ни на одном из диапазонов, выбираемых коммутатором 22, сигнал с выхода дешифратора 15, соответствующий самому грубому диапазону, открывает элемент И 31, через который импульс с выхода элемента 19 задержки попадает на вход блока З контроля обрыва датчика и далее на вход устройства, куда поступают также сигналы состояния триггера 12 поля ;ности, цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 29, соответствующий измеряемой величине, и номер диапазона, на котором было произведено измерение, поступающий на выход устройства с счетчика 9 диапазонов через блок элементов И 32 и регистр 35 диапазона, служащий для фиксации номера диапазона на время регистрации данных.Запуск преобразователя 29 и перепись диапазона на регистр 35 диапазона через блок элементов И 32 осуществляется по сигналу с распределителя 7, задержанному относительно запуска первого коммутора 6 каналов на время, необходимое для установления переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов и для прохождения полного цикла перебора всех рабочих диапазонов на счетчике 9 диапазонов. Для прекращения циркуляции импульса перебора рабочих диапазонов сигналом выхода дешифратора 15 диапазонов, соответствующим самому грубому диапазону, через инвертор 25 и элемент задержки переднегофронта 27 элемент И 33 запирается после прохождения очередного, импульса перебора диапазонов, прекращая дальнейшее переключение рабочих диапазонов после дости)«ения самого грубого диапазона. Таким образом, предлагаемое устройство для ввода информации позволяет автоматически в процессе опроса входного сигнала определить его полярность и выбрать оптимальный по точности рабочий диапазон измерений. Это свойство позволяет применить устройство для измерения переменных входных сигналов с широким динамическим диапазоном измерения и позво9ляет регистрировать данные о случай ных и быстро протекающих процессах Формула изобретения Устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, первый вы ход которого соединен с одним входом первого коммутатора, другие входы которого соединены с датчиками, блок усилителей, входы которых соединены с входами второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен со вто рым выходом распределителя импульсов, а выход - с первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй компараторы, первый и второй регистры, последовательно соединенные счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй элемену задержки и второй элемент И, второй инвертор вход которого соединен с выходом вто рого элемента И, а выход с первым входом первого элемента И и первым входом счетчика, блок элементов И, одни входы которого соединены с выходами сметчика, а выходы - с входам второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с входом блока усилителей, второй ключ, первый вход которого соединен с выходом первого коммутатора и входом и вертирующего усилителя, выход второг ключа соединен с входом блока усилителей и первым входом первого компаратора, второй формирователь импульсов, третий элемент задержки, третий инвертор, третий, четвертый, яятый Элементы И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и вторым входом первого элемента И, второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора, второй вход четвертого элемента И - с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора, первый выход триггера соединен с вторым входом второго ключа, второй выход триггера - с вторым входом первого ключа и первым входом пятого элемента И, четвертый инвертор, вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки и другим входом дешифратора, а выход тс вторым входом счетчика, третий выход , распределителя импульсов соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом первого регистра, выход которого соединен с вторым выходом устройства, первый вход второго компаратора соединен с выходам второго коммутатора, а выход соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другой вход блока элементов И - с вторым выходом распределителя импульсов, Iвыходы дешифратора - с другими входами второго коммутатора,а вход первого инвертора - с одним из выходов дешифратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР (f 610302, кл. Н 03 К 17/02, 1976. 2.Авторюкое свидетельство СССР № 615602, кл. Н 03 К 17/56, 1976 (проотип).