Цифровой вольтметр Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании цифровых приборов, предназначенных для исследования свойств функции, заданной напряжением в аналоговой форме.

Известны устройства для подобных целей, содержащие генератор тактовых . импульсов, главный, и вспомогательный реверсивный счетчики, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор,триггер, компаратор, линию задержки, схему И С 1 .

Недостатком данного устройства является то, что,измеряя абсолютное значение функции, оно не определяет ее экстремальных значений я крутизну (производную).

Известен цифровой вольтметр, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и компаратор, прямой выход которого через первый и второй йлючи соединен с -первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами третьего и четвертого ключа, выходы элементов ИЛИ через второй реверсивный счетчик и определитель нулевого состояния, одновибратор и коммутатор соединены с входом регистра памяти, входы коммутатора соединены с выходами первого реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены к инверсному и прямому выходам компаратора, управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами триггера, элемент И-НЕ.и2.

10

Недостатком известного устройства является ограниченность его функциональных возможностей, вы1 ажаемой в невозможности измерения крутизны (производной функции).

15

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий соединенные последователь20но генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и компаратор, прямой выход которого через первый и второй ключи соединен с первыми

25 входами элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами третьего и четвертого ключей, выходы элементов ИЛИ через.второй реверсивный счетчик, определитель нулевого сос30тояния, одновибратор и коммутатор соадинены с входом регистр з. памяти, Bxoj№ коммутатора соединены с выхо дами первого реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены к инверсному и прямому выходам компаратора, управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами триггера,элемент И-НЕ, введены последовательно сое диненные первая линия задержки, до полнительный ключ, вторая линия задержки, а также два элемента И и сдвиговый рег.истр, информационный вход которого соединен с прямым выходом компаратора, первым входом элемента И-НЕ, первым входом первого элемента И, выход - с вторым входом элемента И-НЕ, первым входом второго элемента И и в;ходаг.га третьего и четверто:1 о ключей, выходы элементов И соединены с. входами триггера,вто рые входы - с выходом определителя нулевого состояния, выход элемента И-НЕ - с управляющим входом дополнительного ключа, а выход первой линии эадержки соединен с управляющим входом сдвигового регистра, выход второй линии задержки - с счет ным входом второго реверсивного счет чика. На фиг, 1 приведена схема предлагаемого вольтметра; на фиг.2 - ди- аграммы напряжений в точках a,b,c,d Устройство состоит из реверсивных счетчиков 1 и 2, сдвигового регистра 3, генератора 4 импульсов, цифро-ана логового преобразователя (ЦАП) 5, ко паратора 6, линии 7 задержки, элемен та И-НЕ 8, ключа 9, триггера 10, эле ментов И 11 и И 12, определителя 13 нулевого состояния, ключей 14-17, элемента ИЛИ 18 и 19, линии 20 задержки, одновибратора 21, коммутатора 22, регистра 23 памяти. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения подается команда Установка в О. Реверсивны счетчики 1 и 2 устанавливагатся в О а в сдвиговый регистр 3 заносится число 0101,...,01. Емкость N регистpa 3 определяется заданным интервалом t (N д t/Tr ) , где Р - период частоты импульсного генератора 4. Первый импульс с генератора 4 записывается в реверсивном счетчике 1 На выходе идп 5 возникает первая ст пенька напряжения (диаграмма а,фиг. Срабатывает компаратор 6 и на его прямом выходе появляется потенциал О (диаграмма Ъ). С небольшой задер кой, обусловленной переходным проце сом в счетчике 1, импульс с генератора 4, пройдя линию 7 задержки,сдв нет число в регистре 3 на разряд впр во. На выходе регистра 3 также появится потенциал О. На выходе элемента И-НЕ 8 установится потенциал 1, ключ 9 откроется. .Одновременно происходит первоначальная установка триггера 10 через элементы И 11 и 12, которые открыты потенциалом 1 с определителя нулевого состояния 13. Установка триггера,осуществляется потенциалом 1,поступающим с входа или выхода регистра 3.До четвертого импульса, пока напряжение измеряемой функции и{, (t) меньше кванта ЦАП, реверсивный счетчик 1 записывает, а в следующий такт списывает поступающий на его вход импульс (импульс 1-4 диаграмма a,d). В это время реверсивный счетчик 2 закрыт, его нулевое состояние не изменяется. Закрытое состояние реверсивного счетчика 2 обусловлено либо закрытым ключом 9, либо отсутствием разрешения по счету на шинах сложения (+) и вычитания (-) . Начиная с 5 импульса потенциал 1 с прямого выхода компаратора б пройдя открытый элемент И 11 (И 12 закрыт потенциалом О с выхода регистра 3 (диаграммы Ь,с), установит триггер io в 1 состояние по прямому выходу, что означает также минимум функции (t) . При этом из четырех ключей 14-17 будет открыт только 15, который через элемент ИЛИ 18 дает разрешение счетчику 2 на сложение. На шину вычитания (-) через элемент ИЛИ 19 поступает О .потенциал запрета. Пятый импульс с генератора 4, пройдя линию задержки 7, осуществив сдвиг информации в регистре 3, пройдя ключ 9, линию 20. задержки, запишется в реверсивном счетчике 2. Запись единицы снимает разрешение на входе элемента 13,вход триггера 10 будет заблокирован.Таким образом, пока счетчик 2 не будет снова обнулен, триггер 10 выдает сигнал о. положительном знаке производной (Sign : .(t)/At) . -По .мере роста Эи-ам f) происходит запись импульсов в обоих реверсивных счетчиках.Причем счетчик 1 записывает в цифровой форме измеряемую функцию (.ftjj, а счетчик 2 в цифровой форме - приращение (производную функции .(1) за время .6t, равное време.1и заполнения регистра 3 (At N/T) . Начиная с момента пуска этот интервал (At) перемещается по оси времени от нуля до конца исследуемого интервала времеЕ и (исследуемого значения функции с шагом дискретности, равным периоду частоты импульсного генератора 4. Несмотря на рост числа в реверсивном счетчике 1 (при возрастающей функции U(t, рост числа в ревер.сивном счетчике 2 происходит только до тех пор, пока полностью не обновится информация в сдвиговом регистре 3, начиная с момента возрастания функции. Далее изменение числа в реверсивном счетчике 2 Судет происходить только в зависимости от изменения наклона (t). Если угол наклона остается неизменньам, то число, поступившее за это время в сдвиговой регистр 3 будет идентичным числу, поступающему на его выход.На шины () и (-) реверсивного счетчика 2 будет поступать одинаковая информация, которая не будет изменять его внутреннего состояния. При увели чении крутизны измеряемой функции, пропорционально увеличивается число в реверсивном счетчике 2 и наоборот при уменьшении крутизны - уменьшается числов счетчике 2. В моментах перегиба кривой U(t) (экстремумах функции), когда происходит обнуление счетчика 2, срабатывает одновибратор 21, Его импульс через коммутатор 22 перепишет в регистр 23 памяти из реверсивного счетчика 1 число, отражающее данное экстремальное (минимальное или максимальное значение измеряемой функции. При этом состояние триггера 10 в этот момент будет характеризовать характер экстр мума. Таким образом, предлагаемое устpqftCTBo позволяет одновременно измерить в цифровой форме абсолютное зна чение измеряемой функции ((t))f экстремальное значение измеряемой функции (UJtwA(t)), крутизну (производную) измеряемой функции ()/ut) , знак производной и экстремума t Sign (д (t)/Atj. Все эти измерения осуществляются одновре менно и с периодом, кратным периоду частоты импуль(ного генератора, что особенно ценно при проведении иссле дований. Формула изобретения Цифровой вольтметр, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, прямой выход которого через первый и второй ключи соединен с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами третьего и четвертого ключей, выходы элементов ИЛИ через второй реверсивный счетчик, определитель нулевого состояния, одновибратор и коммутатор соединены с входом регистра памяти, входы коммутатора соединены с выходами первого реверсивного счетчика, входа сложения и вычитания которого подключены к инверсному и прямому выходам компаратора, управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами триггера, элемент И-НЕ, отличающийся тем, что, с целью .расйшрения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные первая линия задержки, дополнительный ключ, вторая линия задержки, а также два элемента И н сдвиговый регистр,информационный вход которого соединен с прямым выходом компаратора, первым входом элемента И-НЕ, первым входом первого элемента И, выход - с вторым входом элемента И-НЕ, пepвы входом второго элемента И и входами третье- го и четвертого ключей, BHXOJ I элементов И соединены с входами триггера, вторые входы - с выходом определителя нулевого состояния, выход элемента И-НЕ - с управлякядим входом дополнительного ключа, а выход первой линии зсщержки соединен с управляющим входом сдвигового регистра, выход второйлинии.задержки - с счетным входом второго реверсивного счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе li Авторское свидетельство СССР № 546099, кл. Н 03 К 13/02, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2790225/18-21, кл. Н 03 К 13/02, 1979,