Устройство сравнения

 

Изобретение относится к области цифровой измерительной техники, может быть использовано в устройствах автоматического контроля напряжения и является усовершенствованием устройства по авт.св. СССР № 1171749. Целью изобретения является повышение-помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей устройства . Устройство сравнения работает непрерывными циклами сравнения, в каждом из которых контролируемое напряжение сравнивается с нижним и верхним допусками, представленными цифровьми кодами. Если контролируемое напряжение находится в пределах допусков, то результат сравнения формируется исходным уровнем Норма на выходе устройства. Если контролируемое напряжение выходит за нижний или верхний допуск, то результат сравнения формируется в виде импульсов с частотой циклов сравнения. При появлении этих импульсов запускается счетчик времени. При отсутствии импульса в любом, хотя бы ч одном цикле сравнения, счетчик времени сбрасывается в нуль. Если же подтверждение импульсов результата сравнения происходит в каждом цикле сравнения , то счетчик времени накапливает код Nf . Текущее значение этого кода с выхода разрядов счетчика времени сравнивается с помощью элемента сравнения кодов с заданным кодом N времени, В момент равенства N, N изменяется логическое сос-ггтояние выхода элеме нта сравнения кодов , а при очередном цикле сравнения .на выходе устройства формируется уровень Не норма, 1 з,п.ф-лы, 3 ил. о S О) ю сх о со О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1287096 А 2 (51)4 G 05 В 1/0) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,, К А ВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1171749 (21) 3955348/24-24 (22) 16.09.85 (46) 30.01.87. Бюл, Р 4 (72) Н.А.Горяйнов, Е.Б,Шлифер, Ю.В,Рираховский и В.В,Остнек (53) 62-50 (088.8 ) (56) Авторское свидетельство СССР и 1171749, кл. G 05 В !/01, 1985, (54) УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ (57) Изобретение относится к области цифровой измерительной техники, может быть использовано в устройствах автоматического контроля напряжения и является усовершенствованием устройства по авт.св. СССР 11 - 1171749.

Целью изобретения является повышение.помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство сравнения работает непрерывными циклами сравнения, в каждом из которых контролируемое напряжение сравнивается с нижним и верхним допусками, представленными цифровыми кодами. Если контролируемое напряжение находится в пределах допусков, то результат сравнения формируется исходным уровнем "Норма" на выходе устройства. Если контролируемое напряжение выходит sa нижний или верхний допуск, то результат сравнения формируется в виде импульсов с частотой циклов сравнения, При появлении этих импульсов запускается счетчик времени. При отсутствии импульса в любом, хотя бы . одном цикле сравнения, счетчик времени сбрасывается в нуль, Если же подтверждение импульсов результата сравнения происходит в каждом цикле сравнения, то счетчик времени накапливает код N<., Текущее значение этого

1 кода с выхода разрядов счетчика времени сравнивается с помощью элемента сравнения кодов с заданным кодом

N< времени, В момент равенства

N,,= N< изменяется логическое сос-, 1 тояние выхода элемента сравнения кодов, а при очередном цикле сравнения . на выходе устройства формируется уровень "Не норма", 1 s,ï.ô-лы, 3 ил.!

287096 мер, "1" при установке блока 2 в исходное состояние; первый информационный вход, наличие очередного импульса на котором обеспечивает состояние блока 2 по выходу, противоположное исходному; второй информационный вход

7 наличие импульсной последовательности на котором (не менее двух импульсов) обеспечивает исходное состояние блока 2 по выходу при условии отсутствия импульсов на первом информационном входе; вход блокировки

1 наличие сигнала активного уровня на котором, например "1", обеспечивает состояние блока 2 по выходу, противоположное исходному; вход сброса, наличие сигнала активного уровня, на котором, например "1", однозначно обеспечивает исходное состояние блока 2 по выходу.

Блок 2 сравнения импульсных последовательностей может. быть выполнен, например, на основе D-триггеров 22 и 23, образующих двухразрядный регистр сдвига, Вход D-триггера 23 соединен с выходом триггера 22, на вход

D которого заведен сигнал неизменного уровня, например "const 1", Входы R обоих триггеров 22 и 23 управляются с выхода элемента ИЛИ 24.

Выходом блока 2 является выход триггера 23, первым информационным входом ; объединенные входы С триггеров

22 и 23, вторым информационным входом — первый вход элемента ИЛИ 24, входом блокировки — второй вход элемента ИЛИ 24, а входом сброса— объединенные входы S триггеров 22 и.23.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, может быть использовано в устройствах автоматического контроля напряжения и является усовершенствованием устройства, описанного по авт.св. Р 1171749, Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей устройства.

1О

На фиг.1 представлена блок-схема устройства сравнения; на фиг.2 и 3— диаграммы его работы.

Устройство содержит генератор 1

15 линейно изменяющегося напряжения, > блок 2 сравнения импульсных последо-. вательностей, компаратор 3, регистр

4, коммутатор 5, счетчик 6, элементы 7 — 9 сравнения кодов, триггеры

10 — )3, элементы И 14 — 16, элемен20 ты ИЛИ 17 и 18, генератор 19 тактовых импульсов, суммирующий счетчик

20 цифроаналоговый преобразователь

21, триггеры 22 и 23, элемент ИЛИ 24, 25 входы 25 — 30 выходы 31 — 37 устройства.

Суммирующий счетчик 6 имеет счетный вход, на который поступают импульсы тактовой частоты; вход сброса, на котором сигнал активного уровня, например "1", обеспечивает обнуление счетчика; вход управления, на котором сигнал активного уровня, например "!", блокирует процесс счета входных импульсов, а также группу цифровых выходов, на которых форми руется цифровой код, пропорциональный текущему значению времени t: счета входных тактовых импульсов.

Элемент 9 сравнения кодов имеет выход, состояние которого фиксируется сигналом, например,"!" при равенстве кодов на обоих группах цифровых входов на одну из которых, связанную с входом 29 устройства, Генератор 1 линейно изменяющегося напряжения имеет первый выход, на котором формируется аналоговое 30 линейно изменяющееся напряжение; второй выход, на котором сигнал при: нимает, например, значение логической единицы ("!") при установке генератора 1 в исходное состояние; третий выход, представляющий собой группу выходов, на которых формируется цифровой код, пропорциональный мгновенному значению аналогового напряжения первого выхода; четвертый вы- 10 ход, на котором формируются тактовые импульсы.

Генератор 1 может быть выполнен, например, на основе цифроаналогового преобразователя 21, которым управляет суммирующий счетчик 20 импульсов, выходы разрядов которого подключены ко входам разрядов ЦАП 21, На счетный вход суммирующего счетчика 20 пос. тупают импульсы выхода тактового генератора 19, Первым выходом генератора 1 является выход IQUI 21, вторым выходом — выход импульсов переполнения счетчика, третьим выходом — выходы разрядов счетчика 20, а четвертым выходом — выход тактового генератора.

Блок 2 сравнения импульсных после» довательностей имеет выход, сигнал на котором принимает значение, напри!

287096 поступает код N< пропорциональный заданному интервалу времени t, в течение которого ..контролируется достоверность результата сравнения> а на другую группу — код N,, пропорци1 ональный текущему значению отсчитываемого интервала времени.

Устройство работает следующим образом, По включении питания триггеры !О- 1О

13, 22 и 23, счетчики 6 и 20 устанавливаются в произвольное положение.

Запускается генератор 19 импульсов.

Со входа 30 управления устройства подается импульс установочного сбро- f5 са на вход К триггера 13 и на вход сброса блока 2 сравнения им-. пульсных последовательностей, свя1 ! занного с входами Б триггеров 22 и

23. Последние переходят в состояние 20

"1", а триггер 13 — в нулевое, В момент формирования состояния "1" триггера 23 на выходе блока 2 появляется сигнал "1", который подается на вход сброса счетчика 6, обес- 25 печивая в группе цифровых выходов этого счетчика нулевой код N . = О °

- t

Укаэанный код поступает на первую группу входов элемента 9 сравнения кодов, На вторую группу входов зле- 30 мента 9 сравнения кодов с группы

29 входов устройства поступает код, пропорциональный времени, в интервале которого нейтрализуются результаты сравнения от действия помех, причем Nt > О. В результате сравнения исходных значений кодов N1., = О и .Ng ) О на выходе элемента 9 сравнения кодов устанавливается "0", который поступает на информационный D- 40 вход триггера 13 (подготавливается запись "0" в триггер 13), на вход управления счетчиком 6 подготавливается работа счетчика 6 и на вход блокировки блока 2 сравнения импульс-45 ных последовательностей, связанного со вторым входом элемента ИЛИ 24 (подготавливается работа блока 2 по первому информационному входу, связанному с первым входом элемента

ИЛИ 24), Импульсы с генератора 19 поступают на вход счетчика 20 и последовательно накапливаются в нем. В момент. 1, 55 переполнения счетчика 20 на втором ,выходе генератора 1 линейно изменя ющегося напряжения появляется импульс Uz>, Этот импульс поступает на второй информационный вход блока

2 сравнения импульсных последовательностей, подтверждая состояние

"1" триггеров 22 и 23 и наличие сигнала "1" на выходе блока 2 (сохраняется исходное состояние счетчика 6 и элемента 9 сравнения кодов).

Одновременно импульс U устанавливает в исходное положение триггеры 10 — 12, В результате на входе с триггера 13 и на входах коммутато-. ра 5, подключенных к соответствующим выходам триггеров 10 — 13 устанавливаются уровния "0, Эти же уровни "0" поступают на соответствующие входы элементов И 14 — 16, что предопределяет установку уровней "0" на выходах элементов И 14 — 161всех входах и выходах элементов ИЛИ 17 и 18 и выходах 32 — 37 устройства, Кроме того, уровень "0" с выхода элемента ИЛИ 17 поступает на первый информационный вход блока 2 сравнения импульсных последовательностей, связанный со вторым входом элемента ИЛИ 24.

С момента t переполнения на первом выходе генератора 1 напряжения (фиг.2 и 3) становится равным нулю. С этого исходного положения начинается рабочий цикл устройства.

Импульсы с выхода генератора 19 поступают на вход счетчика 20 и последовательно накапливаются в нем, При этом на первом выходе генератора 1 (выходе ЦАП 21) формируется ступенчатое линейно изменяющееся напряжение U,, а на его третьем выходе — кодированный цифровой эквивалент линейно изменяющегося напряжения, Напряжение П„, поступает на один вход компаратора 3, на второй вход которого со входа 25 устройства поступает контролируемое напря-. жение U„, Цифровой эквивалент напря-жения 11 с третьего выхода генератора 1 поступает на первые группы входов элементов 7 и 8 сравнения кодов и на информационные входы регистра 4. На вторую группу входов элемента 8 со входа 27 устройства поступает код N нижнего допуска, на вторую группу входов элемента 7 со входа 26 устройства поступает код

N верхнего допуска, причем Н с М

С выхода компаратора 3 выдается импульс Бз в момент tq, когда напря1287096

U1-1 Ux

В момент t, когда на третьем выходе генератора 1 код достигает значения кода N, с, выхода элемента 8 сравнения кодов выдается импульс 30

Б,, который переключает триггер 12, В момент, когда на третьем выходе генератора 1 код достигает значения кода N, с выхода элемента

7 сравнения кодов выдается импульс

U» который переключает триггер 10, Таким образом, в процессе рабоче- ., го цикла каждый из триггеров 10 — 12 срабатывает по одному разу.

В конце рабочего цикла на втором 40 выходе генератора 1 появляется очередной импульс U .2 переполнения счетчика 20 и устройство сравнения, устанавливая в исходное состояние триггеры 10 — 12, далее повторяет процесс формирования рабочих циклов, При этом импульсы У с.периодичностью рабочих циклов непрерывно поступают на второй информационный вход блока 2 (вхады С триггеров 22 и 23), 0

Состояние первого информационного входа блока 2 (первого входа элемента

ИЛИ 24) определяется состоянием выхода элемента ИЛИ 17 и занисит от 11езультата сравнения, формируемого уст" ройством сравнения на выходах 33-37 в зависимости от соотношения контро.лируемого напряжения U„, преобразуемого в код Н ., и опорных напряжений жение Б, достигает величины напряжения U с 6

1 —, <=1 Uo 4- а- 2 = -- N

2.4 = 2 xt

5 где n — число разрядов счетчика 20;

U< — опорное напряжение ЦАП; номер разряда двоичного числа;

a — знак (цифра) двоичной систеt мы счисления, который прини 1ает значения 0 или 1„ 15

1-1

М„= а 2 код, пропарциональь Ф нйй величине напряжения U

Импульс Uq с ныхода компаратора 3 переключает триггер 11 связанный со входом С триггера 13, сигнал U из состояния "0" переходит в состояние

По фронту переключения сигнала

U в момент t в триггере 13 записынается логический уровень сигнала на его информационном входе D.

U Ä. и U, задаваемых кодами N, и

1 1

N нижнего и верхнего допусков соответственно, в полном соответствии с алгоритмом, приведенным н описании основного изобретения, Циклически повторяемый результат сравнения для случая удерживания напряжения Ux н пре.делах допусков (Uo„ U„ < U Ä ) характеризуется отсутствием импульсов

U на выходе элемента ИЛИ 17, а для случая ухода напряжения Ux за допуск (Ux < Uon е нли Ux > Uan ) — наличием ж1 на выходе того же элемента ИЛИ 17 последовательности (пачки) непрерывных импульсов П1-, (см,фиг,3), каждый из которых соответствует резугьтату сравнения одного рабочего ..цикла, а общее число импульсов в пачке, определяет длительность ухода напряжения

U за допуск. Появление первого из указанных импульсов U с выхода элемента ИЛИ 17 после прохождения его через первый информационный вход блока 2, элемент ИЛИ 24 на R-входы триггеров 22 и 23, перенодит.оба эти триггера в нулевые . состояния, обеспечивая сигнал "0" на выходе блока 2 и входе сброса счетчика 6, который с этого момента начинает заполняться импульсами тактовой частоты с четвертого выхода генератора .1 (генератора 19 импульсов), По окончании текущего рабочего цикла очередной (сдвинутый относительно П .) им" пульс Ц переполнения счетчика 0 поступает через второй информационный вход блока 2 на С-входы триггеров 22 и 23 и переключает триггер 22 в исходное состояние "1", подготавлии и вая на В-входе триггера 23 сигнал 1

На выходе блока 2 сохраняется сигнал

"0", а счетчик 6 продолжает накапливать тактовые импульсы, формируя

1 а своих выходах код 11,, пропорцио1. нальный текущему значению интервала нремени t с момента появления первого импульса U, дальнейшая работа

17 устройства определяется циклической очередностью появления следующих импульсов: только на .втором или на втором и первом информационных вхо.дах блока 2,, В случае формирования., как описано, первого импульса U „ н качестве результата кратковременного (от помехи ) ухода напряжения 11„за нижний допуск (см.фиг.2, цикл 2) этот импульс будет единственным в импульс1287096

В другом варианте процесса формирования результата сравнения, когда уход напряжения U за допуск вызван появлениеM нештатного режима в объекте контроля и, в отличие от помех, носит длительный характер, превьппающий время t нейтрализации результатов сравнения от действия помех, пропорциональное заданному коду N< на первом и втором информационных .входах блока 2 действуют сдвинутые по фазе импульсные последовательности соответственно сигналов 11 7 и У -2

50 ной последовательности на первом информационном входе блока 2, вслед за которым на втором информационном входе блока 2 последовательно появляются два очередных импульса U переполнения счетчика 20. Действие одного из них (на фиг.2 соответствует концу цикла 2) описано выше, а второго (на фиг.2) соответствует концу цикла.3 — вызывает срабатывание подго- 10 товленного триггера 23, возникшее состояние которого обеспечивает сигнал "1" на выходе блока 2 и входе сброса счетчика 6, последний сбрасывается и удерживается в исходном нулевом состоянии, Аналогично работает устройство и в случае воздействия помехи с результирующим напряжением U за верхний допуск (фиг,2, цикл 4). При этом 20 как в предыдущем случае, запуск счетчика 6 обеспечивает накопление на его выходах кода Nt., текущее

i| значение которого к моменту сброса счетчика 6 меньше заданного со входов 25

29 устройства кода N пропорционального интервалу времени t нейтрализации результатов сравнения от действия помех. Благодаря этому сигнал

"0" на выходе . элемента 9 и íà Dвходе триггера 13 остается неизменным, что при появлении очередного импульса UII(ov последовательно срабатываемых компаратора 3 и триггера, 11) на С-входе триггера 13 обеспе- 35 чивает для последнего лишь подтверждение исходного нулевого состояния, Неизменность сигнала "0" на выходе триггера 13 (как результат нейтрализации помехи) сохраняет его неиз- 40 менным и на выходе 32 устройства, что является качественным признаком результата сравнения "Норма", соот. ветствующего условию UoÄ

45

11ачало (фиг, 3, цикл 2) процесса (появление первого импульса 1.1 и следующего за ним импульса 11 ) не отличается от описанного, а во всех последующих циклах процесс в точности повторяется, поддерживая неизменным сигнал "0" на выходе элемента 2 (выходе триггера 23). Счетчик 6, запущенный с момента появления первого импульса L,íåïðåðüIBío накапливает импульсы тактовой частоты до момента, когда текущее значение кода

Ng,íà его цифровых выходах станет рав

i ным заданному коду N, С этого момента (фиг.3, цикл К-1) на выходе элемента 9 сравнения кодов появляется сигнал U "1", чем обеспечивается: подготовка D-входа триггера 13 к последующему переключению в состояние "1"; через вход блокировки блока 2, элемент ИЛИ 24 и R-входы триггеров 22 и 23 подтверждение сигнала

"0" на выходе блока 2 и входе сброса счетчика 6; через вход управления счетчика 6 блокировка последнего по его счетному входу с сохранением кода Nt — — Nt, 1

Завершение процесса формирования результата сравнения происходит в . следующем рабочем цикле (на фиг.3, цикл К) в момент появления импульса U с выхода коммутатора 3, от которого срабатывает триггер ll a по фронту импульса U I — триггер 13 (переходит в состояние "1"), Появление сигнала U "1" на выходе триггера 13 фиксируется и на выходе 32 устройства, что является качественным признаком результата сравнения

"Не,норма", соответствующего условию ухода напряжения U çà допуск:

UÄ c U д (для примера, изображенногона фиг Л) или U„ o Uo„, 002

Для оперативного запоминания и последующей обработки кода, пропорционального напряжению U и соответо .ствующего моменту появления на выходе 32 устройства признака ухода этого напряжения за допуск, вход записи регистра 4 подключается ыерез коммутатор 5 к выходу триггера

13, для чего на управляющие входы

28 коммутатора 5 предварительно подается соответствующий код, В описанвью вьппе момент переключения триггера 13 в состояние "1" по фронту выходного сигнала UI> в регистр 4 записывается код состояния третьего

1287096

10 выхода генератора 1, который в соответствии с формулой (1) пропорционален напряжению П„, С выхода регистра 4 код Ny поступает на выход

31 устройства, При реализации устройства сравнения, отличающейся отсутствием связи между входом блокировки блока 2 и выходом элемента 9, восстановление исходного состояния устройства осуществляется автоматически после восстановления штатного режима объекта контроля ° При этом отсутствие импульсов U с выхода элемента 17 обеспечивает режим восстановления, аналогичный описанному для варианта после действия :помех, т,е. последовательно двумя импульсами U1 » когда пер-. вый (на фиг.3 соответствует концу цикЛа К) переводит триггер 22 в состояние "1", а второй (на фиг,3 соответствует концу цикла K+I) переводит в состояние "I" подготовленный триггер 23, обеспечивая на вь!ходе блока 2 исходный сигнал "1", При этом счетчик 6 срабатывается в исходкое нулевое состояние, а на выходе элемента 9 возникает состояние

"0", сигнал которого поступает на.

Р-вход триггера 13. Благодаря этому очередной импульс П1, (на фиг.3 соответствует циклу К+2) с выхода триггера 11 переводит триггер 13 (и выход 32 устройства) в исходное нулевое состояние, соответствующее соотношению По„< U „а U z

1 г

5 !

О!

20

При реализации устройства сравнения, отличающийся наличием связи между входом блокировки блока 2 и выходом элемента 9, создаются условия сохранения состояния "1" триггера 13 (и выхода 32 устройства) на любое необходимое время, При этом для восстановления исходного состояния устройства необходимо подать на вход 30 управления устройства импульс установочного сброса, Дополнительная информация, связанная с необходимостью, например, самопроверки любого из кодов N1 нижнего допуска или N верхнего допуска, а также контроля кодов Н„ пропорциональных текущему значению напряжения U, при анализе состояния объекта контроля как до, так и после восстановления его штатного режима (U c U c.!1о„ ) обеспечиваетОп. х à? ся подачеи соответствующего кода уп-,, 25

55 равления на входы 28 управления коммутатором. При этом устройство сравнения формирует в регистре 4 и на группе 31 выходов устройства код выбранного для контроля параметра в каждом рабочем цикле в полном соответствии с алгоритмом, приведенным в описании основного изобретения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве нейтрализуются результаты действия помех и обеспечивается оперативное запоминание кода величины контролируемого напряжения в момент определения его выхода за допуск, в связи с чем при использовании устройства в составе вычислительной системы сокращаются непроизводительные затраты машинного времени, ф о р м у л а

1. Устройство сравнения по авт. св. Ф 1171749,,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей, введены блок сравнения импульсных последовательностей, третий элемент сравнения кодов, четвертый триггер и счетчик, вход сброса которого соединен с выходом элемента сравнения импульсных последовательностей, первый и второй информационные входы которого соответственно соединены с выходом второго элемента ИЛИ и вторым выходом генератора пилообразного напряжения, четвертый выход которого соединен со счетным входом счетчика, цифровой выход которого соединен с первым цифровым входом третьего элемента сравнения кодов, выход которого соединен с управляющим входом счетчика и D-входом четвертого триггера, Свход которого соединен с вторым выходом первого триггера, причем выход четвертого триггера соединен с четвертым информационным входом коммутатора и является дополнительным логическим выходом устройства, второй цифровой вход третьего элемента сравнения кодов и R-вход четвертого триггера связаны с соответствующими управляющими входами устройства, вход сброса блока сравнения импульсных последовательностей: подключен к

R-входу четвертого триггера, 2 ° YcTpoHcTBQ по П,I, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что вход бло1 287096

ФУ2 1

7цикл

Г цикл У цикл

QU8. 2 кировки блока сравнения импульснмх последовательностей соединен с вы 7-1

U7-г

Qg

И7 71-2

472-1 10

llIE

Ы15

ll14

ul7

Uzs

Ug3

Ug

Ll13 ходом третьего.элемента сравнения кодов °!

287096

° ° а ° ъ, ъ- с И ь а =з Я- >

Составитель С.Никишов

Редактор К.Волощук Техред M.Ходанич Корректор M,Äåì÷èê

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7713/49

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4