Следящий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, может быть использовано в системах автоматизации научных исследований. Повышение быстродействия достигается за счет введения в преобразователь, содержащий блок 1 сравнения, аналоговый запоминающий блок 2, цифроаналоговый преобразователь 3, реверсивный счетчик 4, блок 5 фиксации знака, блок 6 управления, генератор 7 тактовых импульсов, триггер 8, распределитель 9 импульсов, блок 10 управления счетчиком, триггер 11, шину 12 "Сброс флага", шину 13 "Готовность", регистр 14, элемент 15 задержки, шину 16 "Пуск", блок 17 оценки скорости, второй триггер 18 и шину 19 входного сигнала, блока 20 рабочего кода, второго регистра 21, блока 22 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала, блока 23 дифференцирования. Повышение быстродействия основано на том, что для определения очередного значения изменяющегося входного сигнала достаточно использовать не все принадлежащие найденному поддиапазону разряды реверсивного счетчика, а лишь некоторые ограниченные наборы разрядов, состав которых позволяет наилучшим образом учесть характеристики входного сигнала и быстрее осуществить преобразование. Конкретный ограниченный набор разрядов выбирается в зависимости от текущего среднего значения скорости изменения входного сигнала, при этом младший разряд реверсивного счетчика принадлежит всем рабочим наборам. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ($))$ Н 03 И 1/48

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4496227/24-24 (22) 17,10.88 (46) 23.09.90. Бюл. ¹ 35 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю,П.Юрченко и А.А.Лавров (53) 681.325(088.8) ! (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 892702, кл. Н 03 M 1/48, 1979.

2 (54) СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОВ.РАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, мо" жет быть использовано в системах автоматизации научных исследований. Повышение быстродействия достигается за счет введения в преобразователь, содержа)ций блок 1 сравнения, аналоговый запоминающий блок 2, цифроаналоговый преобразователь 3, реверсивный

1594691

;счетчик 4, блок 5 фиксации знака, блок 6 управления, генератор 7 тактовых .импульсов, триггер 8.„ распределитель 9 импульсов, блок 10 угравления счетчиком, триггер 11, шину 12 "Сброс флага, шину 1 3 Готовность", регистр 14, элемент 15 задержки, шину 16 "Пуск", блок 17 оценки скорости, второй триггер !8 и шину 19 входного сигнала, блока 20 рабочего кода, второго регистра 21, блока 22 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала, блока 23, дифференцирования. Повышение быстродействия основаНо на том, что для определения о -.ередI

Изобретение относится к аналогоЦифровым преобразователям {АЦП) и может быть использовано в измерительной

И вычислительной технике, в системах автоматизации научных исследований.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена функциональНая схема следящего аналоro-цифровоro преобразователя; на фиг.2 и 3 — соответственно блок управления и блок выбофа рабочего хода; на фиг.4 и5 временные диаграммы преобразования сигнала в устройстве °

Следящий аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 сравнения, аналоговый запоминающий блок 2, цифроаналоговый преобразователь 3, реверсивный счетчик 4, блок 5 фиксации знака, блок 6 управления, генератор 7 тактовых импульсов, триггер 8, распределитель 9 импульсов, блок 10 управления счетчиком, триггер 11, шину 12 "Сброс флага", шину 13

"Готовность", регистр 14, элемент 15 задержки, шину 16 "Пуск", блок 17 .оценки скорости, триггер 18, шину 19 входного сигнала, блок 20 выбора рабочего кода, регистр 21, блок 22

50 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала, блок 23 дифференцирования, Блок 6 управления выполнен на

Р-триггерах 24-27„ дешифраторе 28, инверторах 29-31, элементах И 32-37, элементах ИЛИ 38-4!. ного значения изменяющегося входного сигнала достаточно испольэовать не все принадлежащие найденному поддиапазону разряды реверсивного счетчика, а лишь некоторые ограниченные наборы разрядов, состав которых позволяет наилучшим образом учесть характеристики входного сигнала и быстрее осуществить преобразование. Конкретный ограниченный набор разрядов выбирается в зависимости от текущего среднего значения скорости изменения входного сигнала, при этом младший разряд реверсивного счетчика принадлежит всем рабочим наборам. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Блок 20 выбора рабочего кода выполнен на элементах НЕ 42-45, элементах

И 46-54, элементах ИЛИ 55-57.

Блок фиксации знака в зависимости от нида сигнала, поступающего от блока сравнения, может быть реализован двумя путями.

Если с блока сравнения приходит аналоговый сигнал, информативным параметром которого является знак ("+ стейшая реализация — триггер Шмитта.

Если с блока сравнения приходит цифровой сигнал (1 или 0 — больше или-меньше),то блок фиксации знака можно реализовать в виде обычного

D-триггера.

Блок 10 управления счетчиком может быть выполнен в .виде блока стробируемых элементов И..

В качестве блока 22 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала может быть использовано устройство для текущего усреднения электрического сигнала. В этом случае в качестве входа блока 22 используется вход преобразователя аналог-часто та устройства для текущего усреднения электрического сигнала, выходы подключены к блоку индикации того же устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Перед началом работы сигналы начальной установки устанавливают триггеры 8,18 н 1 l в нулевое состояние

5 15946 распределитель 9 импульсов - в любое состояние, В регистр J4 заносится код с единицей в одном из разрядов, в регистре 21 может находиться любой код. Цепи начальнои установки не по5 казаны.

С приходом сигнала "Пуск" производится переписывание содержимого регистра 14 в распределитель 9 импульсов. В регистре 21 запоминается код, соответствующий сигналам, снимаемым с выхода блока 22, в начальный момент этот код может быть нулевым.

На выходе блока 23 дифференцирования постоянно вырабатывается сигнал, соответствующий скорости изменения входного сигнала, в блоке 22 формиру-, ется код, соответствующий текущему среднему значению скорости изменения 20 входного сигнала (т.е. происходит скользящее усреднение скорости изменения входного сигнала за промежуток времени заданной длительности). По сигналу "Запуск", вырабатывающемуся на 25 выходе элемента 15 задержки, аналоговый запоминающий блок 2 запоминает текущее значение сигнала, триггеры 8 и 18 устанавливаются в единичное coc" тояние, разрешая работу соответствен- 30 но блока 6 управления и блока 17 оценки скорости.

После того как будет оценена скорость входного сигнала, по сигналу на выходе блока 17 оценки скоРости в ре- 35 гистр 14 заносится оцененное значе- . ние скорости (код с единицей в одном из разрядов), а также устанавливается в "0" триггер 18 прекращая работу блока 17 оценки скорости. 40

Блок .20 выбора рабочего кода под-. ключает выходы блока 10 управления счетчиком к счетным входам разрядов реверсивного счетчика 4 в зависимости от кода, хранящегося в регистре 21, 45 при этом счетный вход младшего разряда реверсивного счетчика 4 всегда подключен к младшему разряду распределителя 9 импульсов.

В зависимости от режима реверсивно- gp го счетчика 4, устанавливаемого блоком 5 фиксации знака, блок 10 управления счетчиком по сигналу из блока 6 управления вычитает или добавляет единицу в разряд реверсивного счетчика 4, . подключенный посредством блока 20 выбора рабочего кода к тому выходу блока 10, которому соответствует содержащий единицу разряд распределите91 6 ля 9 импульсов. Затем блок 6 управления осуществляет сдвиг вправо распределителя 9 импульсов, при условии, что младший разряд последнего не находит" ся в состоянии "1". Снова происходит вычитание или добавление единицы в очередной разряд реверсивного счетчика 4 с последующим сдвигом распределителя 9 импульсов вправо. 1:сли же единица находится в младпем раз" ряде распределителя 9 импульсов, то блок 6 управления подает сигналы на первом выходе .на изменение содержимого реверсивного счетчика 4 до момента чередования сигналов на выходе блока 5 фиксации знака, после чего на третьем выходе блока 6 управления появляется сигнал, устанавливающий в "0" триггер 8, прекращающий работу блока 6 управления, а также устанавливается в единичное состоянге триггер 11, на единичном выходе которого появляется сигнал "Готовность

Для перевода триггера 11 в нулевое состояние используется шина 12 "Сброс флага".

Осо бенно сти использования ограниченных наборов разрядов для изменения содержимого реверсивного счетчика 4 можно проиллюстрировать следующим примером (фиг.4). Пусть используется трехразрядный распределитель 9 импульсов, десятиразрядный реверсивный счетчик 4, а код, соответствующий текущему среднему значению скорости изменения входного сигнала, представлен двузначным двоичным числом, и для хранения его используется двухразрядный регистр 21 (т.е. оценка текущего среднего может быть пред2 ставлена четырьмя уровнями: 2 = 4).

Очевидно, что при самом высоком уровне у оценки (т.е. 112} текущего среднего наиболее выгодно использовать один из старших разрядов реверсивного счетчика 4, некоторый промежуточный и младший, например 8,3-и 1-й. Начальное приближение входного сигнала может осуществляться с использованием

8-ro разряда, а уточнение — с использованием 3-го и затем 1-го. При средних уровнях оценки текущего среднего (102,012} наиболее эффективно будет работать, например, набор из

5, 3 и 1-го разрядов, при малой оценке — набор из 3, 2 и 1-ro разрядов.

1594691

Выбор вариантов возможных комбиНаций осуществляется исходя из целей

И условий применения конкретной разра ботки.

Следует отметить, что не.обязательно все разряды, принадлежащие ограниченному набору рабочих разрядов, используются для изменения содержимого реверсивного счетчика 4 при каждом преобразовании, поскольку разряд, С которого начинается это изменение, определяется содержимым распределите,ля 9 импульсов в начале преобразования, а это содержимое, в свою очерець,15 зависит от значения оценки скоpoсти входного сигнала в момент предыдущего преобразования. Так, для приведенйого примера, при использовании кабо" ра из 8, 3 и 1-го разрядов, если оце- 20 ненное в предыдущий момент значение

Скорости сигнала достаточно мало, в распределитель 9 импульсов может быть занесен код с единицей в мпадшем разряде. В этом случае вычитается или

Прибавляется единица сразу в младший

1-й разряд реверсивного счетчика.

Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с известным

Можно показать на следующем примере„ 30

Предположим, что входной сигнал изменяется незначительно. В этом случае средняя скорость его изменения небольшая. Пусть в известном устройстве, имеющем 8-разрядный распределитель импульсов, оценку скорости изменения входного сигнала производят в момент некоторой флуктуации входного сигнала— незначительного всплеска. В этом случае оценка скорости будет высокой, со-40 ответствующей, например, коду распределителя импульсов с единицей в 7-м разряде, фактическое же изменение входного сигнала незначительное, .например 1,5 А, где Ь вЂ” минимальный 45 шаг квантования, соответствующий единице младшего разряда реверсивного счетчика. Тогда в известном устройстве последовательно производится поразрядное преобразование по всем разря — 0 дам с 7-ro по 1-й.

Пусть предлагаемое устройство содержит 3-разрядный распределитель им— пульсов. Вследствие. низкого текущего среднего значения скорости будет определен рабочий набор, содержащий младшие разряды реверсивного счетчика, например, 3, 2.и 1-й разряды, Тогда, хотя оценка скорости при предыдущем преобразовании (в момент флуктуации) и оказалась высокой, старший, содержащий единицу, разряд распределителя импульсов оказывается подключенным к

3-му разряду реверсивного счетчика и для преобразования понадобится только три этапа: прибавление единицы к

3-му разряду, вычитание единицы иэ

2-го разряда и вычитание единицы из

1-ro разряда (фиг,5).Таким образом, время преобразования сокращается.

Повышение быстродействия обеспечивается также тем, что, помимо использования ограниченных кодов при измерении содержимого счетчика, в предлагаемом преобразователе при очередном преобразовании сигнала. прибавля- . ются или вычитаются единицы иэ сохраняющегося результата предыдущего преобразования, в то время как в известном вначале происходит процесс поиска поддиапазона, а затем во всем:поддиапазоне происходит поразрядное уравновешивание.

Формула изобретения.

1. Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего блока, информационный вход которого является входной шиной, второй вход блока сравнения соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которсго соединены с соответствующими выходами разрядов реверсивного счетчика и являются выходной шиной, выход блока сравнения соединен с входом блока фиксации знака, первый выход которого соединен с первым входом блока управления, а второй и третий выходы — с входами установки режима реверсивного счетчика, второй вход блока управления соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход" — с единичным выходом первого триггера, а четвертый вход — с единичным выходом младшего разряда распределителя импульсов, первый выход блока управления соединен с входом блока управления счетчиком, второй выход соединен с входом устанонки в "0" первого триггера и входом установки в "1" второго триггера, вход установки в "0" которого является шиной "Сброс флага", а прямой выход — шиной "Готовность", выходы раз15946 91

1О рядов распределителя импульсов соеди" иены с соответствующими входами группы входов блока управления счетчиком, а установочные входы разрядов распре5 делителя импульсов соединены с цифровыми выходами первого регистра, первый управляющий вход которого объе" динен с входом элемента .задержки и является шиной "Пуск", второй управляющий вход объединен с входом установки в "0" третьего триггера и соединен с выходом блока оценки скорости, прямой выход третьего триггера соединен с..первым входом блока оценки ско- 15 рости, группа выходов которого соединена с соответствующими цифровыми входами первого регистра, выход эле- . мента задержки соединен с входами установки в "1" первого и третьего триг- 0 геров и с управляющим входом аналогового запоминающего блока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок дифференцирования, блок те- 25 кущего усреднения скорости изменения входного сигнала, второй регистр и блок выбора рабочего кода, вход блока дифференцирования объединен с вторым входом блока оценки скорости и является входной шиной, а выход через блок текущего усреднения скорости изменения входного сигнала соединен с установочными входами разрядов второго регистра, управляющий вход которого является шиной Пуск, цифровые выходы второ и ев

ro регистра соединены с первой группой входов блока выбора рабочего кода, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами блока управления счетчиком, а выходы выбора рабочего набора соединены со счет-ными входами разрядов реверсивного счетчика, третий выход блока управле11 Н

HHH соединен с Bxoдом Сдвиг BIIpaBo 45 распределителя импульсов.

2. Преобразователь по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок уп-. равления выполнен на дешифраторе, а четырех 0-триггерах четырех элеменЭ

50 тах ИЛИ, шести элементах И, трех инверторах, вход первого из которых. объединен с первыми входами первого и второго элементов И и является четвертым входом блока, а выход соединен с

55 первым входом третьего элемента И, первый и второй входы четвертого элемента И являются вторым и третьим входами блока соответственно, а выход соединен с С-входами первого, второго и третьего 0-триггеров, D-входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ соответственно, а прямые выходы — с соответствующими входами дешифратора, первый выход которого соединен непосредственно с первым входом второго элемента

KIH, через второй инвертор - с вторым входом первого элемента И и является первым выходом блока, второй выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И и первым входом третьего элемента ИЛИ, третий выход дешифратора соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и является третьим выходом блока, четвертый выход дешифратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, пятый выход является вторым выходом блока, а шестой выход соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, .третий вход второго элемента И соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами пятого и шестого элементов И соответственно, первый вход пятого элемента И через третий инвертор объединен с первым входом шестого элемента И, D-входом четвертого D-триггера .и является первым входом блока, С-вход четвертого D-триггера соединен с выходом первого элемента И, второй вход пятого элемента И соединен с прямым выходом четвертого D-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, а выходы второго и третьего элементов И соединены с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ соответственно.

3. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок выбора рабочего кода. выполнен на девяти элементах И, трех элементах ИЛИ и четырех элементах НЕ, первый вход первого элемента И обьединен с первым входом второго элемента И, входами первого и второго элементов НЕ, второй вход первого элемента И объединен с входами третьего и четвертого элементов НЕ, первым входом третьего элемента И, а выход первого элемента И соединен с первыми входами первого элемента ИЛИ и четвертого элемен- ) та И, второй вход которого объединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, первые входы седьмо159469!

Рл Клюю

1ЮЮГеаююою

EiF

Мю

cnpedgeu ng у йИу

Npueaepg

0m первого

mpueaepa

Pm аенера пора п ампо3ыя МПУЛЬСОЯ, го и восьмого элементов И объединеНы и вместе с вторым входом четверто го элемента И являются второй груп-. пой входов блока, первой группой входов которого являются входы первого элемента И, вторые входы пятого элемента И и первого элемента ИЛИ соединены с выходом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы кото.рого соединены с выходами второго и третьего элементов И соответственно, вторые входы которых соединены с выходами. третьего и первого элементов HE,соответственно, вторые входы шестого и восьмого элементов И соединены с выходом девятого элемента И, первый и второй входы которого соединены .с выходами второго и четвертого элементов НЕ соответственно, вы" ход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента И, выход четвертого, пятого и восьмого элементов И и выход третьего элемента ИЛИ являются выходами блока.!

59469!

1594691 .

Запомненный оходной сигнал — Р зульп7ал иооого поеобраьо5аниа

Резулыпат предыщего npeu рдзоOUR .

Результа?и предыдущего преобраЗодания

Запомюннь о 3хадной

Сигнал

РЬзульщамуо3оа п0РОфоЗОбйииР

Составитель И. Романова

Техред Л.Олийнык Корректор О.Пипле

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 2838 Тираж 667 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101