Устройство сравнения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11)1004959 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 14.07.81 (21) 3317083/18-24 (51)M. Кл. с присоеаинением заявки М (23) Приоритет

Г. 05 В 1/01

Гесударствеввый кваитвт

СССР.Опубликовано15 03.83. Бюллетень №10 ве аевам кзебретевкй и еткрьпий (53) УД К 621. 374.

° 33(088.8) Дата опубликования описания 15 . 03 .83 (.72 ) Авторы изобретения

Н. А. Горяйнов, -В.. В. Остнек, В. А. Грев и К. А. Попов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ

Изобретение относится к циФровой измерительной технике и может быть использовано е устройствах автоматического контроля напряжения.

Кзвестно устройство сравнения, в котором контролируемый (U ) и опорный (U()(1) сигналы преобразуются во временные интервалы с последующим выделением разностного временного интервала (1 j.

1О

Недостатк=lMH известного устройства являются наличие двух аналоговых элементов сравнения, из-за неидентичности характеристики которых возникают дополнительные погрешности, и неоднозначность работы при соотношении L X Uоп.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для сравнения напряжений, содер-го жащее блок управления, выход которого соединен непосредственно с первым входом первого триггера, а через генератор линейно изменяющегося напря2 жения с первым входом компаратора, выход которого подключен ко второму входу первого триггера, элемент задержки, два элемента Vi, два ключа и второй триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого элемента И и блока управления, а выход - с первым входом второго элемента И, первые входы первого и второго ключей соедине- ны соответственно с первым и вторым входами устройства, вторые входы - с выходом первого триггера, со вторым входом второго элемента И и через элемент задержки с первым входом первого элемента И; а выходы — со вторым входом, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, а выход второго элемента И соединен с выходом устройства (2).

Недостатками данного устройства являются наличие двух аналоговых ключей, из-за неидентичности которых возникают дополнительные погрешнос3 10049 ти, ограниченные функциональные воз- . можности, так как алгоритм работы и схема устройства не позволяют сравнивать напряжения при соотношении

U g C Ид!!потому, что ключ, коммутирующий напряжение 0к, включается после того, как напряжение на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения достигнет уровйя напряжения Upg, кроме того, на выходе устройства от- )0 сутствует качественная инФормация о результате сравнения (Ux< Оопили Ux)

) цgf!). необходимость представления допуска (Upä) только в аналоговой

Форме в ряде -.".учаев приводит к при- И менению цифро-аналогового преобразователя (ГАП), возникновению дополнительной погрешности МП, снижению точности сравнения за счет усложнения устройства в целом. 26

Гель изобретения — повышение точности сравнения и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство сравнения, содержа- И щее первый элемент И, компаратор, вход которого подключен к первому выходу генератора линейно- изменяющегося напряжения, вторым выходом подключенного к первым входам первого и второ- 30 го триггеров, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, введены первый элемент срав.ъ нения кодов и первый элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, причем входы первого элемента

И соединены со вторыми выходами первого и второго триггера, а второй вход второго триггера .соединен с выходом первого элемента сравнения кодов, входами подключенного к третьему. выходу генератора. линейно изменяющегося напряжения, а также второй. элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй элемент сравнения кодов, третий триггер и третий элемент И, второй вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а выход - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход третьего триггера подключен к второму выходу генератора ли-- нейно изменяющегося напряжения, третий выход которого соединен со входами второго элемента сравнения кодов.

59 4

На Фиг. 1 приведена структурная схема предложенного устройства сравнения; на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Схема (Фиг. 1)содержит генератор

1 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 2, блоки 3 и 4 сравнения кодов, триггеры 5,6 и 7,элементы

И 8, 9 и 10, элементы ИЛИ l! и 12, генератор 13 тактовых импульсов, суммирующий счетчик 14, цифро -аналоговый преобразователь 15; входы 16, 17, и 18 устройства, выходы 19"23 устройства.

Генератор 1 линейно изменяющегося напряжения имеет первый выход с которого снимается аналоговое линейноизменяющееся напряжение, второй выход, на котором сигнаг: принимает значение логического "0" при установке генератора 1 в исходное состояние и первую группу выходов., на которых формируется цифровой код, пропорциональный мгновенному значению аналогового линейно изменяюшегося напряжения. Генератор может быть выполнен, например, на основе цифро-аналогового преобразователя (UAfl). При этом он содержит РАП 15, суммирующий счетчик 14 импульсов, выходы разрядов ко-торого подключены ко входам разрядов

ЦАП 15 и к первой группе выходов генератора 1, генератор 13 тактовых им пульсов. Первым выходом генератора является выход ЦАП 15, а вторым выходом - выход импульсов переполнения счетчика 14.

Устройство сравнения может быть выполнено на стандартных узлах с.применением серийных микросхем.

Устройство работает следующим образом.

По включению питания триггеры 5,6 и 7, счетчик 14 импульсов устанавливаются в произвольное положение. Запускается генератор 13 импульсов. Импульсы с выхода генератора 13 поступают на вход счетчика 14 и последовательно накапливаются в нем. В момент переполнения счетчика 14 на втором выходе. генератора 1 линейно-мзменяющегося напряжения появляется импульс U> „(ôèã.2), который устанавливает триггеры 5, 6, и 7 в исходное положение. В результате этого на второй вход элемента 9 К поступает уровень 06 алогической "1", на первыйуровень U5- алогического "0", при этом

59

Где и

Up

1 а1

1=П

5 10049 на его выходе и на втором выходе 20 устройства устанавливается уровень

U логического "0". На второй вход элемента И 8 поступает уровень 05-1логической "1", на первый - уровень 06- 25 логический "0",в результате чего на

его выходе и на третьем выходе 19 устройства устанавливается уровень U ло гический "0".. Так как на входы элемента ИЛИ 11 поступают уровни логичес 10 .кого "0", то на его выходе и на первом выходе. 20 устройства также устанавливается уровень 0 логического "0", На второй вход элемента 01 поступает уровень 06 yлогической "t", на пер- 15 вый — уровень U логический "0", в результате чего на его выходе и на четвертом выходе 22 устройства устанавливается уровень 0„ логического "0".

На первом выходе генератора i ли- 20 . нейно изменяющегося напряжения напряжение 01 (фиг.2) равно нулю. С этого момента (исходного положения) начина- ется рабочий цикл устройства.

Импульсы с выхода генератора 13 по-25, ступают на вход счетчика 14 и последовательно накапливаются в нем. При этом на первом выходе генератора 1 (выходе ЦАП 15) формируется ступенчатое линейно-Mÿìåíÿþùååñÿ напряжение U1 (фиг.2), а на его первой группе вЫходов-кодированный цифровой эквивалент линейно изменяющего напряжения.

Напряжение U1 с первого выхода генератора 1 линейно-изменяющегося,на35 пряжения поступает на первый вход компаратора 1, на второй вход которого с первого входа 16 устройства поступает контролируемое .напряжение 0х.

Цифровой. эквивалент линейно изменяю40 щегося напряжения с первой группы выходов генератора l поступает на первые группы входов элементов 3 и 4 сравнения кодов. На вторую группу входов элемента 3 сравнения кодов с первой группы 17 входов устройства поступает код М1 нижнего допуска, на вторую группу входов элемента 4 сравнения кодов со второй группы 18 входов устройства поступает код N верхнего до- 50

2 пуска, причем N1 (N2.

С выхода компаратора 2 выдается импульс U> в момент, когда линейно. изменяющееся напряжение достигает величины напряжения 0 g

1=tl число разрядов счетчика 14; — опорное напряжение МП; номер разряда двоично-кодированного числа; знак (цифра J p âoè÷íîé сис-. темы счисления, .который прин1мает значение "0" или "1". код, пропорциональ . Z1-.1 ный величине напряжения Ug.

От момента tp начала формирования ° линейно изменяющегося напряжения 01 (начала сравнения) до момента получения импульса U > формируется временной интервал tX, пропорциональный коду Ц<

tx = Tp "X где То — период следования импульсов генератора 13.

С выхода элемента 3 сравнения кодов выдается импульс 0 5, когда цифровой эквивалент линейно изменяющегося напряжения достигнет значения кора N1. От момента tg начала сравнения до момента получения импульса 0 фор.мируется временный интервал t<, пропорциональный коду N 1 1 TO N1

С выхода элемента 4 сравнения кодов выдается импульс 0,1, когда цифро" вой эквивалент линейно изменяющегося напряжения достигнет .значения кода

N . От момента начала сравнения до мо2 мента получения импульса U формируется временной интервал t, пропорци"

Ональныи коду N

t2= Tp Ng

Алгоритм работы устройства сраенения зависит от соотношения контролируемого напряжения 0 х и опорных напряжений Ц,п,и 00п2,которые задаются кодами Й 1 и Л1 2 соответственно.

В первом случае имеем 0оп1 0оп следовательно

Л!х (Н1 (М2

Х . 1

В момент равенства напряжения 0> напряжению U генератора 1 формируется импульс 02, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера 6 и переключает его. Уровень 061логической "1" с первого выхода триггера 6 поступает на первый вход элемента И 8, в результате чего на его выходе, выходах элементов

ИЛИ 11 и 12, первом, третьем и пятом. выходах 23, 19 и 22 устройства форми7 10 руется передний фронт выходного сиг" . нала ОВ, ОМ и 012 соответственно По-ле этого в момент равенства кодов на первой и второй группах входов элемента 3 сравнения на его выходе формируется импульс О, который поступает на второй вход триггера 5 и переключает его. Уровень О логического

"0" с первого выхода триггера 5 поступает на второй вход элемента И &, в результате чего на его выходе, выходах элементов ИЛИ и И 12, первом, третьем и пятом выходах 20,!9 и 22 устройства формируется задний фронт выходного сигнала ОВ, О„„ и О12соответственно.

При этом на выходах 20 и 22 устройства формируется импульс, длительность которого равна 1 = х - t„= To(N„N<)

То " 1

Знак "минус" показывает, что Мх< М„

На третьем выходе 19 устроиства

Формируется импульс длительностью

Q t 1 и ри выполнении условия N (М 1.

Таким образом, на первом и пятом выходах 20 и 22 устройства формиру. ются импульсы О,!,О1, длительность

ht1 которых пропорцйональна разности контролируемого напряжения и напряжения нижнего допуска, заданного кодом М 1. На третьем выходе 19 .устройства формируется импульс длительностью Qtq только при выполнении ус.ловия ОХ (Upp 1,÷òî является качественным признаком результата сравнения относительно нижнего допуска Опп1

Появление через время t2 импульса

О4на выходе элемента 4 сравнения ко- дов, по которому переключается триггер 7, не приводит к изменению состояния выходов устройства.

Рассмотрим случай, когда ."огЦ<ОХ (ООП 2 л следовательно

М1 (МХ (М2 х <

В момент равенства кодов на первой и второй группах входов элементов 3 сравнения формируется импульс

Ug, который поступает на второй вход триггера 5 и переключает его. Уровень О у логической "1" со второго выхода триггера 5 поступает на первый,вход элемента 9 И, в результате чего на его выходе, выходе элемента

ИЛИ 11, первом и втором выходах 20 и 21 устройства формируется передний фронт выходного сигнала О11и Ug

4959

0 & соответственно. После этого в момент равенства напряжения О и напряжения

U2< генератора 1 формируется импульс О2, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера б и переключает его. Уровень

Ug 2логического "0" со второго выхода триггера 6 поступает на второй

-зход элемента И 9, в результате чего на

его выходе, выходе элемента ИЛИ 11, первом и втором выходах 20 и 21 устройства формируется заданный фронт выходного сигнала О11и О соответственно. При этом на выходе 20 устройства формируется

1$ импульс, длительность которого равна 1 Х 1 ТО МХ М1 .

dt1 = +ТОДМ1

Знак "плюс" показывает, что М1<МХ щ На втором выходе 21 устро" ñòâà Формируется импульс длительностью ht< при выполнении условия М 1 < Юх.

Таким образом, на первом выходе

20 устройства. формируется импульс

М U, длительность ht которого про11 порциональна разности контролируемого напряжения и напряжения нижнего допуска, заданного кодом М.1. На втором выходе 21 устройства формируетМ ся импульс длительностью Дс1 только при выполнении условия ОО1 !(ОХ, что является качественным признаком результата сравнения относительно нижнего допуска О

Появление через время й2 импульса

О на выходе элемента 4 сравнения кодов, по которому переключается триггер 7, не приводит к изменению состояния выходов устройства.

И, наконец, в случае, когда

U prl j

N1 < М2C МХ

2 Х

Сравнение напряжения U> с напряжением Uo нижнего допуска производится .аналогично сравнению при ус. ловии Ооп1(Ох C Оопп Лалее устройство работает следующим образом, В .момент равенства кодов на первой и второй группах входов элемента 4 сравнения на его выходе формируется импульс U, который поступает на первый вход триггера 7 и переключает его. Уровень U> логической "1" с выхода триггера 7 поступает на первый вход элемента И 10, в результате чего на его выходе, выходе элемента ИЛИ 12, четвертом и пяформула изобретения

9 10049 том. выходах 23 и 22 устройства формируется передний фройт выходного сигнала Uqp и 012соответственно. После этого в момент равенства напряжения 0х и напряжения 0 -1 генератора 1 формируется импульс 0>, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера и переключает его. Уровень 06 логического

"0" со второго выхода триггера 6 по- 1р ступает на второй вход элемента И 10, в результате чего на его выходе, вы" ходе элемента ИЛИ 12, четвертом и пя том выходах 23-и 22 устройства формируется задний фронт выходного сигна- 1у ла 01 и 0.1 соответственно. При этом на выходе 22 устройства формируется импульс, длительность которого равна

Ь 2 t.„х — -t 2 = To(N „- N>)

Ь 2 — +То ЬА

М . бнак Гл| с показывает что Я graf 2

Иа четвертом выходе 23 устройства формируется импульс длительностью

Qt2 при выполнении условия Й х ) N2.

Таким образом, на пятом выходе 22 устройства формируется импульс 0, длительность dt s которого пропорцйональна разности контролируемого напряжения и .напряжения верхнего до1 пуска, заданного кодом М2.

На четвертом выходе 23 устройства формируется импульс длительностью

dt s только при выполнении условия

0х Ъ Uppf, что является ка-;:: -твенным признаком результата сравнения относительно верхнего допуска Uo опт

В конце цикла на втором выходе генератора 1 появляется- уровень логического "0" (импульс переполнения счетчика 14 J, и устройство сравнения устанавливается в исходное состояние.

Далее процесс повторяется.

Таким образом, предложенное уст45 роиство сравнения с новой совокупностью признаков выгодно отличается от прототипа,так как повышается точность сравнения за счет исключения погрешностей коммутирующих ключей, расши>яются функциональные возможности устройства путем обеспечения сравнения .контролируемого напряжения 0 х с одним или двумя допусками, представленными кодами N и М2 при любой величине U> и выдачи не только количественного результата Ь .1, bt g сравнения, но и качественного -ht1 +Ь -, + 2 (меньше, равно, больше).

59 10

Сравнение l} только с одним до" пуском реализуется устройством оо п.1 формулы 1 предлагаемого изобретения, сравнение 0 одновременно с двУмя допусками - по п.2.

Кроме того, представление величины допуска в виде кода позволяет задавать его величину непосредственно комбинацией логических уровней, что повышает эффективность использования устройства сравнения в системах вво", да аналоговой информации с госледующей логической обработкой. Это позволяет исключить цицеро-аналоговые . преобразователи, необходимые для фор.мирования опорных напряжений (ропусков).

При многоканальном сравнении напряжений 0х аппаратурные затраты существенно уменьшаются, так как генератор линейно изменяющегося напряжения может быть общим, а в каждом канале устанавливается компаратор схема сравнения кодов и выходная логика.

Технико-экономический эффект применения-устройства сравнения заключа" ется в том; что повышается точность сравнения контролируемого и опорных напряжений при любой величине 0х, на выходах устройст ва Формируются количественный и качественный результаты сравнения, величина опорных напряжений задается цифровым кодом, за счет-: чего повыщается эффективность работы устройства в системах ввода и первичной обработки аналоговой информации.

1. Устройство сравнения, содержашее первый элемент И, компаратор, вход которого подключен к йервому вы" ходу генератора линейно изменяющегося напряжения, вторым выходом подключенного к первым входам первого и второго триггеров, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения тдчности и расширения функциональных возможностей устройства, введены первый элемент сравнения кодов и первый элемент ИЛИ, входы кото11 1004959 12 рого соединены соответственно с вы- ра, а выход - с первым входом втоходами первого и второго .элементов рого элемента ИЛИ, второй вход коИ, причем входы первого элемента И торого соединен с выходом первого зле. соединены с вторыми входами первого мента И„ второй вход третьего триги второго триггера, а второй вход вто-у гера подключен к второму выходу ге.Рого триггера соедииен с выходом пер" - нератора линейно изменяющегося напрявого элемента сравнения кодов, вхо- жения, третий выход которого соедиДами поДключенного к третьему выхоДУ - нен с входами второго элемента сравгенератора линейно изменяющегося напряжения. 10

2. Устройство Ilo ll.l о т л и ч а- Источники информации, ю щ е е с я тем, что в него введены принятые. во внимание при экспертизе второй элемент ИЛИ, последовательно 1. Авторское свидетельство СССР соединенные. второй элемент сравнения 11 405104, кл. G 05 В 1/01, 1971. кодов, третий триггер и третий эле- >> 2. Авторское свидетельство СССР мент И, второй вход кот6рого соеди- . 1 702341, кл.G 05 В 1/О1, 1978 нен с первым выходом первого тригге- (прототип1.

2Р

21 и . 18

1004959 и,, Og

"8

<11

Ию

gag

Ь.2

Составитель В.Грибова

Редактор И.Келемеш Техред И.КоштураКорректор Е.Рошко

Заказ 1893/б0 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, E-35, Раушская наб., д. 4/5

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