Аналого-цифровой преобразователь последовательного уравновешивания

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗаВ Н 03 К 13/17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3352853/18-21 (22) 25.09.81 (46 ) 23. 07.83.. Бюл. 9 27 (72) M.М.Гельман (53 ) 681.325(088.8) (56 ) 1. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах. Под ред.

Г.М.Петрова, N., "Машиностроение", 1973, с. 184-185, рис. 69.

2. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи.

Под ред. В.Б.Смолова. Л., "Энергия", 1967, с. 146-147 рис. 2.12 (прототип ) . (54)(57) 1.АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ, содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые входы кото. рого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триггера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подключен к выходу компаратора и управляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декадные распределители старшего и промежуточных разрядов, распределители сигналов запуска, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены много. входный элемент И, дополнительный триггер и элемент И-НЕ, а в каждый разряд, кроме .младшего, между кодовыми входами преобразователя единичного кода в напряжение и выходами декадного распределителя соответству; ющему ему разряда введены элементы И, „„SU„„1030965 А выходы которых соединены с соответствующими входами преобразователя единичного кода в напряжение, первый вход каждого элемента И, кроме первого, через элемент ИЛИ соединен с вторым входом предыдущего элемента И и соответствующим выходом декадного распределителя, первый вход первого элемента И разряда и управляющие . входы элементов ИЛИ соединены с первым .выходом распределителя сигналов запуска данного разряда,а второй вход последнего элемента И разряда соединен с соответствующим выходом декадного распределителя, с первым входом декад ного элемента И данного разряда и через формирователь — с первым входома декадного элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу распределителя сигналов запуска, а выход соединен с первым входом рас- С пределителя сигналов запуска следу ющего разряда и через декадный формирователь временного интервала это- Ма го разряда соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему выходу распреде- фф лителя сигналов запуска н второму входу декадного элемента И этого разря(а, а выход элемента И-НЕ соеди- (© нен с соответствующим входом много- .ар входового элемейта И, выход которого подключен к шине сигнала ошибки, чет- (Д вертый выход распределителя сигналов запуска разряда соединен с: входом декадного распределителя этого разря. да, второй вход — с выходом тактового генератора, третив вход — с выходом декадного элемента И, причем первый вход распределителя сигналов запуска старшего разряда соединен с шиной сигналов запуска, и через декадный формирователь временного интервала этого разряда - с первым входом элемента И-НЕ этого разряда, второй вход которого подключен к третьему выходу распределителя сигна1030965 лов запуска и второму входу декадНого элемента И этого разряда, а выход элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом многовходного элемента И, а в младшем разряде первый вход декадного элемента И соединен с последним выходом соответствующего декадного распределителя, второй вход - с первым выходом триггера, второй выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, первый выход которого подключен к первому входу элемента И-ЦЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к соответствующему входу многовходного элемента И, второй вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ предыдущего разряда.

2. Нреобразователь по п. 1, -о т л и ч а ю.шийся тем, что распределитель сигналов запуска содер

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и обеспечивает аналого-цифровое преобразование измеряемой величины ее последователь. ным уравновешиванием ступенчатым, . 5 подекадно изменяющимся напряжением с повышенной достоверностью результата преобразования.

Известен аналого-цифровой преобра. зователь (А4Н), содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный с измерительной шиной устройства и выходом преобразователя единичнога кода в напряжение, декадный распределитель, соответствующими 35 входами соединенный с преобразователем единичного кода в напряжение, тактовый генератор, соединенный через ключ с входом запуска декадного рас-, пределителя запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые входы которого соединены с соответствующими входами преобразователя единичного кода в напряжение, к сигнальному входу ключа подключен выход триггера, вход которого через элемент И, одним из входов соединенный с выходом этого же триггера, подключен к выходу компаратора Г1 3.

Недостатком устройства является пониженная достоверность результатов 3G,,преобразования, обусловленная как сравнительно низким быстродействием устройства,. что приводит к росту динамической погрешности, так и отсутствием средств диагностики сбоев и отказов.

Известен АЦП последовательНого уравновешивания, содержащий компара1 жит элемент И-НЕ, формирователь, ключи, одновибратор, элемент И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и третьим входами распределителя сигналов запуска, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, первый вход — с выходом элемента И-НЕ, второй выход с — выходом элемента И, третий выход — с первым выходом триггера, вторым входом первого ключа, первым входом элемента

И-НЕ и второго ключа, четвертый выход — с выходом второго ключа, второй вход которого через формирователь соединен с вторым входом элементИ

И-НЕ и выходом одновибратора, вход которого подключен к выходу. первого ключа, второй выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя. тор соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распредв" лителя младшего разряда, кодовые выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триггера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подключен к выходу компаратора и управляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декад. ные распределители старшего и проме- . жуточных разрядов распределителя сигналов запуска 2 ).

Однако в известном устройстве отсутствует контроль достоверности результатов преобразования.

Для достижения указанной цели в

АЦП последовательного уравновешивания, содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного када в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триггера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подключен к выходу компаратора и

1O3096S

l управляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декадные распределители старшего и промежуточ . ных разрядов, распределители сигна.— лов запуска, введены многовходовый элемент И, дополнительный триггер, и элемент И-НЕ, а в каждый разряд, кроме младшего, между кодовыми входами преобразователя единичного кода в напряжение и выходами декадного распределителя соответствующего ему разряда введены элементы И, выходы которых соединены с соответствующими кодовыми вхОдами преобразователя единичного кода s напряжение, первый вход каждого элемента И, кроме первого, через .элемент ИЛИ соединен с вторым входом предыдущего элемента И и соответствующим выходом декадного. распределите)тя, первый вход первого элемента И разряда и управляющие 2О входы элементов ИЛИ соединены с первым выходом распределителя сигналов запуска данного разряда, а второй вход последнего элемента И разряда соединен с соответствующим выходом декадного распределителя, с первым входом декадного элемента И данного. разряда и через формирователь — с .первым входом декадного элемента ИЛИ

) второй вход которого. подключен к второму выходу распределителя сигналов запуска, а выход соединен с - пЕрвым входом распределителя сигна-. лов запуска следующего разряда и через декадный, формирователь временного интервала этого разряда соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему выходу расцределителя сигналов запуска и второму входу декадного элемента этого разряда, .а выход 40 элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом многовходового элемента и, выход которого подключеен к шине сигнала ошибки, четвертый выход распределителя сигналов запуска раэря" да соединен с входом декадного распределителя этого разряда, второй вход — с выходом тактового генератора, третий вход — с выходом декад- . ного элемента И, причем первый вход распределителя сигналов запуска стар. шего разряда соединен с шиной сигналов запуска, и через декадный формирователь временного интервала этого разряда — с первым входом элемента

И-НЕ этого разряда, второй вход которого .подключен к третьему выходу распределителя сигналов запуска и второму входу декадного элемента И этого разряда, а выход элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом 60 многоходового элемента И, а в младшем разряде. первый вход декадного элемента И соединен с последним выходом соответствующиего декадного . распределителя, второй вход — с первым выходом триггера, второй выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, первый выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к соответствующему входу многовходного элемента И, второй вход триггера под. ключен к выходу элемента ИЛИ предыдущего разряда.

Причем распределитель сигналов запуска содержит элемент И-НЕ, формирователь, ключи,- одновибратор, элемент И и триггер, йервый и второй выходы которого соединены соответ-. ственно с первым и третьим входами распределителя сигналов запуска, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, первый выход — с выходом элемента,И-НЕ, второй выход — с выходом элемента И, третий выход — с первым выходом триггера, вторым входом первого ключа, первым входом элемента И-НЕ и второго ключа, четвертый выход — с выходом второго ключа, второй вход которого через формирователь соединен с вторым входом элемента И-НЕ и выходом одновыбратора, вход, которого подключен к выходу первого ключа, второй выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого .подключен к выходу формирователя.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — схема распределителя сигналов запуска.

Устройство. содержит измерительную шину 1, компаратор 2, декадный преобразователь 3 единичного кода в напряжение, декадные распределители

4-6 старшего, промежуточных и младшего разрядов, соответственно, элементы И 7, элементы ИЛИ 8, распределитель 9 сигналов запуска с выходами 10-13 и входами 14-16, шину 17 сигнала запуска, тактовый генератор 18, элементы ИЛИ 19, декадные элементы И 20, формирователь 21, ключ 22, триггеры 23 и 24, шину 25 сигнала конца измерения, формирова тели 26 временного интервала, элементы И-НЕ 27, многоходовый элемент

И 28, шину 29 сигнала ошибки.

Распределитель сигналов запуска включает элемент И-HE 30, элемент

И 31, ключи 32 и 33, триггер 34, формирователь 35, одновибратор 36.

Устройство работает по принципу уравновешивания иэмеряемой величины опорньм,напряжением, изменяющимся ступенями, пропорциональными 10 и от максимального значения 10 -1, где и — число десятичных разрядов представления измеряемой величины. Ступенчатое напряжение формируется декадн ч преобразователем 3 единичного кода в напряжение (ПЕКН), в соответ1030965 стнии с единичным параллельным кодом, на выходах декадных распределителей

4 6. В исходном состоянии напряжеййе ПЕКН равно максимальному, ойо превышает измеряемую величину, что фиксируется выходным единичньж сиг- налом компаратора 2.

АЦП принимает исходное состояние по внешнему сигналу сброса (цепи сброса не обозначены ), при котором сигналы кода всех разрядов на нходах

ПЕКН являются единичными, триггер 23 блокирует передачу сигналов через ключ 22 и присоединенный к нему элемент И 20, триггер 24 переключается в состояние, при котором на выходе подключенного к нему элемента И-HE 27 выходной сигнал. является единичным нри исходном единичном сигнале компаратора 2. В исходном состоянии выходные сигналы всех остальных элементов И-НЕ 27 также равны единице, что обеспечивается .переключением в соответствующее состояние триггеров 34 всех распределителей сигналов запуска (фиг. 2). Триггеры 34 блокируют при этом ключи 32 и 33.

В состоянии покоя выходной сигнал одновибратора 36 (фиг. 2) является нулевым. Однако этот сигнал передается через элемент И-НЕ 30, поэтому в устойчивом положении однонибратора 36 на выходе 10 распределителя: сигналов запуска действует единичное значение сигнала. Это обеспечивает единичные сигналы на выходах соответствующих элементов И 7 при исходных единичных сигналах декадных распределителей 4 и 5.

С поступлением внешнего сигнала запуска на шину 17 из исходного состояния переключается триггер 34 первого из распределителей сигналов запуска управляющего запуском декад." .ного распределителя 4, и„ тем самым, деблокируются ключ (32 и 33 этого распределителя и блокируется элемент

И 31. Вместе с тем, при переключении триггера 34 распределителя 9 на выходе 15 этого распределителя появляется единичный сигнал, который деблокирует присоединеный к этому выходу элемент И 20. Это обеспечивает в дальнейшем переключение триггера 34 при изменении единичных сигналов на любом из двух других входов элемента И 20.

Первым же появивишимся тактовым сигналом генератора 18 на входе 16 первого распределителя 9 через дебло кированный ключ 33 запускается одновибратор 36 этого распределителя.

Выходной сигнал однонибратора становится при этом единичным и, так как на втором входе. элемента И-НЕ 30 действует теперь единичное значение сигнала триггера 34, то сигнал на выходе 10 распределителя 9 стано10 вится нулевым и напряжение ПЕКН уменьшается на одну ступень старшего разряда. Если измеряемая величина меньше установленного напряжения ПЕКН (уменьшенного на ступень, пропорn-a циональную . величине 10 ), то значение выходного сигнала компаратора 2 не изменится. Поэтому, после завершения воздействия единичного сигнала одновибратора 36 первого из распределителей сигналон запуска, формирователь 35 сформирует из заднего фронта сигнала одновибратора импульс. Этот импульс через деблокированный ключ 32 (передача его через элемент И 31 блокирована) поступает в пепь запуска распределителя 4, переключает его и на его первом выходе сигнал становится нулевым.

При этом на соответствующем кодовом входе ПЕКН появляется нулевой сигнал и напряжение ПЕКН после завершения действия одновибратОра 36 ОСтается уменьшенным на одну ступень.

Таким образом, достигается проверка направления рассогласования до переключенйя декадного распределителя. Это обеспечивает постоянное превышение напряжением ПЕКН уровня измеряемой величины, необходимое по условиям уравновешивания. Далее умень30 шение напряжения ПЕКН идентичными ступенями происходит аналогичным образом.

Если по мере уменьшения напряжения ПЕКН ступенями данного разряда с началом воздействия очередного

35. сигнала одновибратора 36 копаратор 2 зафиксирует, что измеряемая величина больше установленного напряжения

ПЕКН, то изменение при этом выходного сигнала компаратора .(это изменение передается через деблокиронанный элемент И 20 на вход 14 соответствующего распределителя.9) вызывает переключение триггера 34 данного распределителя сигналов запуска. .,С переключением этого триггера в исходное состояние вновь блокируются ключи,32 и 33, что исключает в последующем запуск одновибратора 36 данного распределителя 9 и передачу импульса формирователя 35 н цепь

50 запуска соответствующего декадного распределителя (в данном случае старшего разряда), а также блокирует снязанный с этим .распределителем соответствующий элемент И 20.

Одновременно с переключением

55 триггера 34 выходной сигнал элемента И-НЕ 30 данного распределителя вновь становится единичным, причем до завершения действия единичного сигнала возбужденного одновибратора 36. Это, н свою очередь, приводит к восстановлению предыдущего значения напряжения ПЕКН, уменьшенного на ступень с началом действия сигнала одновибратора 36, и к восстанов1030965,лению единичного сигнала компаратора 2. Тем самым завершается уравновешивание в пределах данной декады (старшего десятичного разряда) кода, причем напряжение ПЕХН превы,шает при этом. измеряемую величину.

11осле завершения действия одновибротора 36 импульс с выхода формирователя 35 через деблокированный тригером 34 элемент И 32 поступает

;на выход 12 данного распределителя сигналов запуска и далее на вход 15 соседнего распределителя сигналов запуска, управляющего перекжочением декадного распределителя соседнего, первого из промежуточных разрядов.

В этом (втором) распределителе сигналов запуска переключается триггер

34, выходным сигналом которого одновременно деблокируется элемент И 20 в цепи его входа 14. Изменение сигна ла компаратора 2 воздействует теперьтолько. на данный распределитель 9.

Далее процесс уравновешивания повторяется аналогично описанному, но с уменьшением на величину ступеней данного промежуточного разряда.

:Если с выключением всех девяти ступеней даанного разряда. установленное напряжение ПЕКН превышает значение измеряемой. величины, то при .:изменении единичного значения сигнала последнего из разрядов данного декадного распределителя на нулевое в формирователе 21 формируется импульс, который воздействует на вход

15 распределителя сигналов запуска, . управляющего декадным распределителем соседнего младшего разряда (передается через элемент ИЛИ 19) аналогично сигналу запуска. Одновременно указанное изменение сигнала последнего разряда декадного распределителя вызывает изменение значения выходного сигнала соответствующего .элемента И 20 с единичного на нулевое, что приводит, в свою очередь, к переключению триггера 34, распределителя 9 (к которому присоединен данный элемент И 20) и к блокированию элемента И 20. Тем самым завершается уравновешивание в пределах данной декады.

Описанным образом выполняется уравновешивание последовательным уменьшением напряжения ПЕКН ступенями различных разрядов, при этом декадные распределители переключают. ся таким образом, что напряжение ПЕКН на уровне старшего и промежуточных разрядов превышает измеряемую величину.

После завершения уравновешивания с точностью до предпоследнего младшего разряда, соответствующим сигналом последнего из распределителей 5 переключается триггер 23, деблокируя ,ключ 22 и элемент И 20 в его цепи запуска фиг. 1 . Изменение напряжения ПЕКН ступенями младшего разряда выполняется непосредственно тактовыми сигналамй генератора 18, поступающими через деблокированный ключ 22 на вход декадного распределителя 6.

Когда напряжение ПЕКН становится раВным измеряемой величине или меньше ее с точностью до единицы младшего ,разряда кода, сигнал компаратора 2, Щ изменяется на нулевой, что приводит к переключению триггера 23 и блокированию передачи тактовых сигналов через ключ 22. Одновременно изменение сигнала триггера 23 вызывает переключе g ние триггера 24, выходной сигнал ко- торого является сигналом конца измерения (шина 25). Триггер 23 может переключаться также и сигналом последнего разряда декадного распределителя 6, т.е. когда значение младшего десятичного разряда кода измеряемой величины становится нулевым. Если при этом зна-. чение выходного сигнала компаратора . не измееняется на нулевое, то сигнал

2 на выходе элемента И- НЕ 27 в цепи триггера 24 становится нулевым. Этот факт .Говщ>ит о6 Фш бке преобразования и Отображается нулевым сигналом на ныХоде ыимента И 28, т.е. на

ЗО шине 29, правильность уразновешивания иа 4 .уровне остальних й-1 старших разря.дов кода коитрсотируется следующим образом, Так как частота тактовых сигналОв постоянна, то время уменьшения напря.жения HKKB на величину девяти ступеней (декаду) данного разряда не долж. но превышать -суммы периодов девяти тактовых сигналов. С началом уравновешивания на уровне ступеней данного разрйда кода сигналом запуска данного распределителя 9, поступающим на его вход 15, одновременно начинается

45 и формирование временного интервала соответствующим формирователем 26.

Временной интервал задают равны не менее, чем девяти периодам тактовых сигналов. Формирователь 26 может.

5О быть выполнен, например, в. виде одиовибратора. В исходном состоянии выходной сигнал элемента.и-не 27 имеет единичное значение, так как на выходе 13 распределителя 9 сигнал при этом нулевой, а выходной сигнал формирователя 26 единичный. С началом уравновешивания в пределах декады данного разряда сигнал на выходе 13 становится единичным (переключается триггер 34 распределителя сигналов запуска), а выходной сигнал формирователя 26 нулевым, Если за интервал времени сущест. ования нулевого сигнала на выходе Формирователя 26 значение сигнала на выходе 13 распре65 делителя 9 не изменяется на исхоц1030965

10 ное нулевое, (это говорит о том, что в данном декадном распределителе за девять тактов оказалась не включен ной хотя бы одна ступень, и компаратор не зафиксировал при этом измейения знака рассогласования),то после окончания указанного интервала времени сигнал на выходе формирователя 26 вновь становится единичным, а сигнал на выходе соответствующего элемента И-НЕ 27 — нулевым. Поэ- t0 тому на выходе элемента И 28 появляртся нулевой сигнал — признак ошибки, и результат преобразования при этом не учитывается. Если сигнал ошибки появляется в нескольких следующих )5.друг за другом циклах преобразования., то этот факт говорит о систематическом отказе, что требует принятия соответствующих мер. Временный интер« вал, выдаваемый, формирователем 26, может быть увеличен сверх суммы периодов девяти тактов с тем, чтЬбы исключить влияния возможных сбоев при передаче тактовых сигналов и переключения распределителей и DEKH.

Таким образом, повышается достовер. ность результата преобразования. При этом контроль результата преобразования выполняется параллельно с процессом уравновешивания.

1030965

f5

Фиа2

Редактор А. Шишкина

Закаэ 523.3/57

Составитель. В- ЬМХнаноВ .

Техред -Т.4@ara Еорректор В. Бутяга

ЮЮЬ» ОФ ° ф ю Ю

Мираж 93б Подписное

ВНИИХИ Росударствеиноуо коиытета СССР. по делам Йзобретеняй-3% откритин

113035, Москва, Ж-35, Раумская иаб., д. 4/5

4««« Ю «««ЮФ «Ч«Ь филиал ИПИ "Патент"., в .: Ужи ород, ул. Проектная, 4