Цифроаналоговый преобразователь

 

ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий источник опорного напряжения, регистр первый цифровой коммутатор, блок ключевых элементов, резистивный делитель, операционный усилитель, блок логичест . ких элементов и блок управления, первый, выход которого соединен с входсм регистра, второй выход - с первьа входом блока логических элементов , выход которого подключен к контрольному выходу устройства, второй и третий входы - соответственно к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходе регистра, четвертый вход - с третьим выходе блока управления, выход - с первым входом блока ключевых элементов, выход которого через резистивный делитель подключен к выходу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной шиной устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения кода погрешности, в него введены генератор импульсов, второй цифровой коммутатор , два одновибратора, два счетчика, блок сравнения кодов, блок уравновешивания и аналоговый коммутатор , управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, вход - с выходом источника опорного напряжения, первый выход - с вторым входом блока ключевых элементов, второй выхрд - с входом генератора прямоугольных импульсов , первый выход которого подклю- , чен к первым входам счетчиков второй выход - к первому входу второго «Л цифрового коммутатора,:первый выход которого через первый одновибратор соединен с.вторым входом, первого счетчика, второй выход через второй одновибратор - с вторым входом второго счетчика, выход которого подключен к первс у входу блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а О1 выход - с входом блока управления, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими вхо Дс1ми первого и второго счетчиков, седьмой выход - с вторым входом вто рого цифрового коммутатора, восьмой выход - с входом блока уравновешивания , первый и второй выходы которого подключены соответственно к первсялу и второму входам блока логических элементов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Н Н 03 К 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

I(21) 3412298/28-21 (22) 23.03.82 (46) 30.10.83, Вюл. М 40 . (72) A.Ï.Ñòàõoâ, Ю.A.Ïåòðàñþê, О.В.Конючевский, A.A.Cóõàðåâ и А.Е.Хуторянец (71) Винницкий политехнический институт .(53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 919075, кл . Н 03 К 13/02, 09.О6.80.

2. Авторское свидетельство СССР

М 864548, кл. Н 03 К 13/02, 17.12 .79 (прототип). (54) (57) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, регистр первый цифровой коммутатор, блок ключевых элементов, реэистивный делитель, операциоиный усилитель, блок логичес-. ких элементов и блок управления, первый выход. которого соединен с входом регистра, второй выход - c первым входом блока логических элементов, выход которого подключен к контрольному выходу устройства, второй и третий входы - соответственно к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходом регистра, четвертый вход - с третьим выходом блока управления, выход - с первым входом блока ключевых элементов, выход которого через резистивный делитель подключен к выходу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной

„„80„„1051701 А шиной устройства, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения кода погрешности, в него введены генератор импульсов, второй цифровой коммутатор, два одновибратора, два счетчика, блок сравнения кодов, блок уравновешивания и аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, вход — с выходом источника опорного напряжения, первый выход — с вторым входом блока ключевых элементов, второй выход - с входом генератора прямоугольных импульсов, первый выход которого подклю- чен к первым входам счетчиков, вто- Е рой выход — к первому входу второго цифрового коммутатора,:первый выход которого череэ первый одновибратор ю соединен с .вторым входом. первого счетчика, второй выход через второй одновибратор - с вторым входом вто- Я рого счетчика, выход которого подключен к первому входу блока сравнения Феи кодов, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход - с входом блока управления, Q3. пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими вхо дами первого и второго счетчиков, седьмой выход - с вторым входом вто" рого цифрового коммутатора, восьмой выход - с входом блока уравновешивания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока логических элементов.

1051701

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной техннке и может быть использовано для преобразования цифровых величин в аналоговые, а также в автомати- . ческих системах подгонки номиналов весовых резисторов резистивных дели телей напряжения.

Известен цифроаналоговый преобразователь, содержащий регистр входного кода, ключи, резистивный делитель, компараторы, источник опорного напряжения и генератор пилообразног напряжения 513

Однако для контроля устройства используются аналоговые прецизионные блоки, качестно работы которых зависит от многодестабилизирующих факторов например, температуры.

Известен также цифроаналоговый преобразователь (ЦАП J, содержащий ис точник опорного напряжения, регистр, первый цифровой коммутатор, блок ключевых элементов, резистивный делитель, операционный усилитель, блок логических элементов и блок управления, первый выход которого соединен с входом регистра, второй выход — с перным входом блока логических элементов, выход которого подключен к контрольному выходу устрой-. ства, второй и третий входы — соотнетственно к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с выходом регистра, четвертый вход — с третьим выходом блока управления, выход — с первым входом блока ключевых элементов, выход которого че-. рез резистивный делитель подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходной шиной устройства (2 1.

Недостатком данного устройства является то, что точность определения кода погрешности нелинейности выходной характеристики резистивного делителя напряжения, который используется в блоке эталонных величин, ограничена чувствительностью и стабильностью аналогового блока выделения разности, подверженного воздействию помех и наводок по шинам питания.

Цель изобретения — повышение точности определения кода погрешности.

Укаэанная цель достигается тем, что н цифроаналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, регистр, первый цифровой коммутатор; блок ключевых элементов, резистивный делитель, операционный усилитель, блок логических элементов и блок управления, первый выход которого соединен с входом регистра, второй выход - с первым входом блока логических элементов, выход которого подключен к контрольному выходу устройства второй и третий входы - coo""нетственно. к первому и второму входам первого цифрового коммутатора, тре5 тий вход которого соединен с выходом регистра, четвертый вход - с третьим .выходом блока управления, выход — с первым входом блока ключевых элементов, выход которого через. резистивный делитель подключен к

10 нходу операционного усилителя, вы ход которого соединен.с выходной шиной устройстна, введены генератор импульсов, второй цифровой коммутатор, два одновибратора, два

15 счетчика, блок сравнения кодов, блок уравновешивания и аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, вход - с выходом источника опорного напряжения, первый выход — с вторым входом блока ключевых элементов, второй выход с входом генератора прямоугольных . импульсов, первый выход которого подключен к первым входам счетчиков, второй выход - к первому входу второго цифрового коммутатора, первый .выход которого через первый одновибратор соединен с вторым входом

30 первого счетчика, второй выход— через второй одновибратор с вторым входом второго счетчика, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кбдов, второй вход которого соединен с выходом первого

3э счетчика, а выход -. с входом блока управления, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими входами первого и второго счетчиков, седьмой выход - с вторым

40 входом второго цифрового коммутатора, восьмой выход — с входом блока уравновешивания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам

45 блока логических. элементов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Цифроаналоговый преобразователь содержит входную шину 1, регистр 2, 0 .блок 3 уравновешивания, первый цифровой коммутатор 4, источник 5 опор- . ного напряжения, аналоговый коммутатор 6, блок 7 ключевых элементов, резистивный делитель 8, операционный усилитель 9, генератор

10 импульсов, второй цифровой коммутатор 11, первый одновибратор.12, второй одновибратор 13, первый счетчик 14, второй счетчик 15, блок 16 сравнения кодов, блок 17 логических элементов, блок 18 управления.

Вход 1 цифроаналогового преобразователя является информационным, через который на первый вход регистра 2 поступает цифровой код. Выход

65 регистра 2 соединен с первым ин1051701 формационным входом первого цифрового коммутатора 4, первый и второй выходы блока 3 уравновешивания соединены.соответственно с, вторым и третьим информационными входами первого цифрового коммутатора 4 и первым и вторым входами блока 17 логических элементов, выход которого является контрольным выходом 29 цифроаналогового преобразователя, на котором формируется цифровой код погрешности весового резистора резистивного делителя напряжения. Выход источника 5 опорного напряжения подключен к информационному входу аналогового коммутатора 6, первый выход аналогового коммутатора 6 подключен к входу генератора 10 импульсов, второй выход аналогового коммутатора 6 подключен к информационным входам блока 7 ключевых элементов, управляющие входы блока .7 ключевых элементов соединены с выходом первого цифрового коммутатора 4. Выходы блока

7 ключевых элементов подключены к входам резистивного делителя 8, выход которого подключен к входу операционного усилителя 9..Выход операционного усилителя 9.является выходом цифроаналогового преобразователя 19, на котором формируется аналоговый эквивалент вхо ной кодовой комбинации. Первый выход генератора 10 импульсов соединен с первыми информационными входами первого 14 и второго 15 счетчиков, второй выход генератора

10 соединен с информационным входом второго цифрового коммутатора 11.

Первый выход второго цифрового коммутатора 11 соединен с входом первого одновибратора 12, выход одновибратора 12 соединен с вторым в информационным входом первого счетчика 14, второй выход блока 11 соединен с входом второго одновибратора 13, выход одновибратора 13 соединен с вторым информационным входом второго счетчика 15. Выход первого счетчика 14 и второго счетчика 15 соединены соответственно с первьэе и вторым входами блока 16 сравнения, выход которого соединен с входом блока 18 управления.

Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы .блока 18 управления соединены соответственно с вторым входом регистра 2, управляющим входом первого цифрового коммутатора 4, входом блока 3 ПОразрядного уравновешивания, управляющим входом второго цифрового коммутатора 11, уп-. равляющим входом блока 17 логических элементов, управляющим входом второго счетчика 15, управляющим входом первого счетчика 14 и управляющим входом аналогового ком-. мутатора 6.

Блок 18 управления обеспечивает функционирование устройства, 5 Цифроаналоговый преобразователь работает в двух режимах: режиме метрологического контроля и режиме непосредственного преобразования входного цифрового кода в аналогич10 ную величину.

В процессе метрологического конт- роля линейности выходной характеристики производится определение величины отклонения веса j --го разряда от требуемой величины и ее регистрации.

К кодам, с иррациональными основаниями относятся р -коды Фибоначчи и коды "золотой" p --пропорции.

В кодах Фибоначчи любое действительное число можно представить в виде ОО

Z=Е > < (

Фибоначчи); р — параметр кода (0,1,2... .

В кодах "золотой" р -пропорции

30 любое действительное число можно представить в виде

+ОО

Z= Е cr -о(,, (2) е=- е

З5 где а — двоичная цифра; (Š— вес p. --го разряда;

p — параметр кода (0,1,2...) .

Характерной особенностью данных кодов является неоднозначность пред4Q ставления цифровой информации, т.е. одному результирующему числу может ставиться в соответствие определенное число различных кодовых комбинаций.

В режиме метрологического контроля пчтем уравновешивания h.-ro . поверяемого разряда группой более младших разрядов при условии, что эти разряды удовлетворяют своим техническим требованиям, выполняется формирование кода погрешности

q-го поверяемого разряда. Данный код погрешности фиксируется на втором выходе 19 цифроаналогового преобразователя.

Предположим, что 1-й разряд имеет отклонение от идеального веса. Процедура контроля, при условии, что все разряды младшие точные, будет проходить следующим

60 образом.

По сигналу блока 18 управления на первом выходе блока.З уравновешивания сформируется код с одной, единицей в 1-м разряде. Через блок

4 эта кодовая комбинация подается

1051701

30 на управляющие входы блока элементов ключевых элементов.При этом сформируется значение входного сопротивления реэистивного делителя

8,соответствующее входной кодовой комбинации, которое через аналого- 5 вый коммутатор 6 подключается к управляющему входу генератора 10 импульсов. На первом (низкочастотном ) выходе генератора импульсов будут формироваться импульсы с 10 периодом следования, зависящим от входного сопротивления реэистивного делителя 8. Этот импульс с большим периодом через второй цифровой коммутатор 11 по команде блока 18 поступает на вход первого одновибратора 12, который осуществляет выделение периода низкочастотной последовательности импульсов и подачу

его на второй информационный вход первого счетчика 14, На первый информационный вход счетчика 14 постоянно поступает последовательность прямоугольных импульсов с второго выхода генератора 10. Заполняется первый счетчик 14 при первом совпадении единичных сигналов на своих первом и втором информационных входах, и заканчивается заполнение счетчика 14 при отключении единичного уровня от его второго информационного входа.

Таким образом, в первом счетчике

14 формируется кодовая комбинация, соответствующая входному сопротивлению резистивного делителя 8 при 35 кодовой комбинации, сформированной на первом выходе блока 3.

По команде блока 18 управления на втором выходе блока 3 сформируется кодовая комбинация, содержа- 40 щая одну единицу в (1-1)-м разряде. Эта кодовая комбинация через первый коммутатор 4 поступит на управляющие входы блока 7 и сформируется новое значение входного 45 сопротивления резистивного делителя 8. Это сопротивление через аналоговый коммутатор б подключается к входу генератора 10, на первом выходе которого будет формироваться низкочастотная последоваТельность прямоугольных импульсов с периодом, пропорциональным входному сопротивлению резистивного делителя 8. Эта последовательность через второй цифровой коммутатор 11 подается на 55 вход второго одновибратора 13, на выходе одновибратора 13 выделяется период следования низкочастотных импульсов в виде единичного уровня, .который исключается к второму ин- gp формационэому входу второго счетчика 15,и происходит заполнение второго счетчика 15 аналогично заполнению первого счетчика 14. B результате, во втором счетчике 15 Формируется кодовая комбинация, соответствующая входному сопротивлению реэистивного делителя 8 и кодовой комбинации, сформированной на втором выходе устройства 3.

В блоке 16 сравнения происходит сравнение содержимого первого 14 и второго 15 счетчиков. Результат сравнения поступает íà вход блока

18 управления. Если содержимое первого счетчика 14 больше содержимого второго счетчика 15, то по команде блока 18 на втором выходе устройства 3 Формируется следующая кодовая комбинация, содержащая единицы в (i-1)-м и (i 2 )-м разрядах, второй счетчик 15 обнуляется и повторяется процедура его заполнения. Если в результате нового сравнения содержимого первого 14 и второго 15 счетчиков окажется, что содержимое первого счетчика 14 больше, то по команде блока 18 происходит формирование новой кодовой комбинации на втором выходе устройства 3, содержащей единицы в (i-1)-м (i -2)-м и (i-3 )-м разрядах, обнуление второго счетчика 15 и производится новое его заполнение.

Если содержимое перэого счетчика

14 окажется меньше содержимого второго счетчика 15, то на втором выходе устройства 3 сформируется кодовая комбинация, содержащая единицы в (i-1 )-м и (i -3)-м разрядах, второй счетчик 15 обнулится и произойдет его новое заполнение.

Аналогичные действия по уравновешиванию кодовой комбинации, сформированной на первом выходе блока

3, будет продолжаться до тех пор, пока не будет зафиксировано равенство содержимого первого 14 и эторого 15 счетчиков. Это равенство будет означать равенство входных сопротивлений блок 8 при подаче на его вход различных кодовых комбинаций, сформированных на первом и втором выходах устройства 3, причем на первом выходе формируется кодовая комбинация, содержащая единицу в поверяемом разряде i а на втором выходе — уравновеиивающая ее кодовая комбинация.

В следующий такт времени по команде блока 18 управления на блоке

17 логических элементов производится вычитание уравновешивающей кодо-. вой комбинации, поступающей на второй вход блока 17, из кодовой комбинации, поступающей на первый вход блока 17 с первого выхода блока 3.

Результат вычитания является кодом погрешности веса i --го разряда. Этот результат поступает на выход 19 цифроаналогового преобразователя.

2051701

Составитель А.Симагин

Редактор О. Сопко Техред С.Ии гуцова Корректор А. Тяско

Заказ 8686/56 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобфетений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, по сравнению с известными устройствами, введение в данный ЦАП новых элементов позволяет значительно повысить точность определения кода погрешности разряда в широком диапазоне температур.