Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий интегратор, первый .вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - через ключ с выходом источника эталонного напряжения , компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с обшей шиной, первый D -триггер, D -вход которого подключен к выходу компаратора, а выход - к первому входу элемента И, к второму вх.оау которого подключен выход инвертора , первый счетчик, выход которого подключен к управляюшему входу второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к С-входу первого D -триггера и к входам инвертора и первопо счетчика , отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования , в него введены второй и третий D -триггеры, сумматор и регистр, управляюший вход которого подключен к выходу первого счетчика и к С-входам второго и третьего D -триггеров, информационные входы - к выходам второго счетчика , а выходы - к первым информационс € ным входам сумматора, управляющий вход которого подключен к выходу второго и к р -входу третьего D -триггеров, вторые информационные входы - к выходу третьего D -триггера, а выход - к выходной шине, причем D -вход первого D-триггера соединен с D -входом второго: D -триггера, а выход - с управляющим входом ключа. сд О) 4ib сл tc

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц Н 03 К 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 1

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ х

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.- :::;... ":

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

" ЛЪ (21) Э411559/18-21 (22) 23.03.82 (46) 23,11.83. Бюл. М 43 (72 ) Ю.В. Захаров и Е.А. Сицоров (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 767968, кл. Н 03 К 1Э/20, 10, 10.80.

2. Бапакай В.Г., Крюк И,П., Лукъянов Л.М., Интегральные схемы А1111 и

IJAH. М„»Энергия», 1978, с.69-72, рис. 1-22 (прототип). (54) (57) АНАЛОГС-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, первый .вход которого соединен с вхоцной шиной, а второй вход - через ключ с выходом источника эталонного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с обшей шиной, первый

3 -триггер, D -axon которого подкпючен к выходу компаратора, а выход - к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход инверто„„SU„„1056452 А ра, первый счетчик, samoa которого подключен к управпяющему входу второго счетчика, счетный вход которого поцключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импупьсов, выход которого подключен к С-входу первого )) -триггера и к входам инвертора и первот.о счетчика, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования, в него введены второй и трбтий

)) григгеры, сумматор и регистр, управляющий вход которого подключен к выходу первого счетчика и к С-входам второго и третьего 9 -триггеров, информационные входы - к выходам второго счетчика, а выходы - к первым информационным входам сумматора, управляющий вход которого подключен к выходу второго и к ) -входу третьего Р -триггеров, вторые информационные входы - к выходу третьего З григгера, а выход — к выходной шине, причем Q -вход первого 9-триггера соединен с g -вхоцом второго;

Р -триггера, а выход — с управляющим входом ключа. го подключен к. управляющему входу второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к С-входу первого 2 григгера и к входам инвертора и первого счетчика, введены второй и третий

3) -триггеры, сумматор и регистр, управляющий вход которого подключен к выходу первого счетчика и к С-входам второго и третьего It -триггеров, информационные входы - к выходам вторбго счетчика, а выходы - к первым информационным входам MMQTopa управляющий вход которого подключен к выходу второго и к It -входу третьего 9-триггеров, вторые информационные входы - к выходу третьего D -триггера, а выход - к выходной шине, причем It-вход первого 9 --триггера соединен с З -входом второго Р--триггера, à выход - с управ- ляющим входом ключа..

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит интегратор 1, компаратор 2, первый Э григгер 3, генератор 4 тактовых импульсов, инвер тор 5, элемент И 6, ключ 7, источник 8. эталонного напряжения, первый счетчик 8, второй счетчик 10, регистр 11, второй

3 -Tparvep 12, третий 0 григгер 13 и сумматор 14. а

Первый вход интегратора 1 соединен с входной шиной, а второй - с выходом источника 8 эталонного напряжения через ключ 7. Выход интегратора 1 подключен к первому входу компаратора 2, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход компаратора 2.подключен к 9 -axoIIaM ) -epmrrepoa 3 и 12, выл ходы которых подключены соответственно к первому входу элемента И 6 и к

)) -входу 9-триггера 13, а также к управляющим входам ключа 7 и суммато ра 14. С-вход 3 -триггера 3 соединен с выходом генератора 4 тактовых импульсов и входами инвертора 5. и счетчика 9.

Выход последнего подключен к управляющим входам счетчика 10 и регистра 11 и z С-входам В-триггеров 12 и 13.

Счетный вход счетчика 10 подключен к выходу элемента И 6, а выходы - к информационным входам регистра 11, выходы которого соединены с первыми информационными входами сумматора 14, вторые информационные входы которого подключены к выходу 3) parrepa 13, 1 1056452 3

Изобретение относится к измеритель ной технике и модкет быть использовано в телеметрнческих системах, системах сбора и преобразования информации, в устройствах ввода информации в цифровые вычислительные машины.

Известен аналого-цифровой преобразователь, работа которого основана на преобразовании напряжения входного сигнала в частоту следования импульсов и tg суммировании этих импульсов на интервале преобразования с помощью счетчика.

Это устройство содержит преобразователь напряжения - частота, выполненный на базе интегратора, счетчик и цифровую схему управления Г1 g ..

Недостатком указанного устройства явl ляется низкая точность преобразования, так как его погрешность дискретности составляет плюс-минус, две единицы счета 1

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аналогоцифровой преобразователь, содержащий интегратор, первый вход которого соеди« 5 . нен с входной шиной, а второй входчерез ключ с выходом источника опорного напряжения, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с общей шиной, пер Зо вый 3 --триггер, Д -вход которого подключен к выходу компаратора, а вы ь ход - к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход инвертора, первый счетчик, выход

«тором подключен к управляющему входу второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, и генератор тактовых импульсов, выход, которого подключен к С-входу первого . XI -триггера и к входам инвертора и первого счетчика 2 .

Недостатком этого устройства яв ляется низкая точность преобразования.

Белью изобретения является повышеQ 45 ние точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с входной шиной, а вто. рой - через ключ с выходом источника эталонного напряжения, компаратор, пер- вый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход - с общей шиной, первый З-триггер, 3 -вход которого подключен к выходу компаратора, а выход - первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход

- инвертора, первый счетчик, выход которо52 4

С выхода генератора 4 тактовых импутй сов импульсы с периодом повторения поступают также на вход первого счетчи,ка 9, коэффициент пересчета )тоторого равен М, Число М определяет. число разрядов N> второго счетчика 10, регис лра 11, сумматора 14 и, следовательно, всего устройства в целом . и - Фо и

Первый счетчик 9 формирует короткйе импульсы, период следования которьи равен длительности интервала преобразования: Т = М С - . Перед началом каждого нового интервала преобразования по импульсу с выхода первого счетчика 9. содержимое второго счетчика 10 перепи сывается в регистр 11 и второй счетчик 10 сбрасывается в нуль. В течение интервала преобразования второй счетчик 10 подсчитывает число импульсов в двоичной последовательности A(t) на выходе элемента И 6. В любой момент времени С„напряжение Uft„) на выходе интегратора 1 определяется формулой 1

p(t, = —" (u„(ñ - цд (ц) ас+ ц(а,), Ф., гДе 1е - пРоизвольный момент вРемени (1 1„);

„ -.постоянная времени интегратора 1;

U„(t) - напряжение входного сигнала.

Обозначив через tO- начало интервала преобразования, а через 1. = Ф. + Т о конец этого интервала, можно записать соотношение

3 10564 а уцравляюший вход — к выходу 5 григ гера 12 и к 9-входу 9-триера 13, Устройство работает следующим

: образом.

Входной сигнал поступает на первый вход интегратора 1. В интеграторе 1 . происходит интегрирование напряжения

U (t) входного сигнала. напряжение U(t) нв выходе интегратора 1 сравнивается в компараторе 2 с нулевым напряжением. 10

В том случае, если УИ) > О, на вы ходе ком аратора 2 вырабатывается логичес. gag "3.»,если Ц(Ц(О,то на выходе компаратора вырабатывается логический,О . В те моменты времени, когда на выходе генеpampa 4 тактовых импульсов возникает импульс, происходит запись состояния компаратора 2 в Х} -триггер 3. В том случае, если первый триггер 3 находится в единичном состоянии, открывается..рО клточ 7 и с выхода источника 8 эталонного напряжения к второму входу интегратора 1 прикладывается эталонное напря жение О, полярность которого противоПОЛОжна НОлярнОсти входнОГО сигналав 35

Если В -триггер 3 находится в нулевом состоянии, то ключ 7 не открывается.

С выхода генератора 4 тактовых импуль сов через инвертор 5 на выход элемен-. та И 6 импульсы пройдут только в том случае, если первый триггер 3 находится . в единичном состоянии . Таким образом, чем больше напряжение входного сигнала, тем чаще т.т-т риггер 3 будет находится в состоянии логической «1» и, соответственно, тем больше будет частота следо35 вания импульсов на выходе элемента И 6., 0 в где N — число импульсов в двоичной последовательности. A (t ), приходящееся на интервал преобразо6ания (1тт, +т)

Код числа Мсч образуется во втором 45 счетчике 10 в конце интервала преобразования (te, t. -4 Т) и переписывается в регистр 11 по импульсу с выхода первого счетчика 9. Левая часть соотношения (1) является преобразуемой величиной - средним значением напряжения входного сигнала Uz(<) на интервале пре» бразования (t o 4 о + т)

В правой части соотношения (1) записаньт результаты преобразования (первое слагаемое в фигурных скобках) и допол.нительное слагаемое, которое Оппеделяется разностью напряжений на выходе

1 интегратора 1 в начале и в конце интервала преобразования. При условии U=0 где О„О„- максимальное значение напряжения входного сигнала, напряжение

U(t ) на выходе интегратора в установившемся режиме будет изменяться в диапаОт„ зоне

7, . С

И. Поэтому второе слагаемое в фигурных скобках соотношения (1) может принимать значения в диапазоне t-2, +2), т.е. число N<ч с точностью до +2 позволяет опреЯ делить среднее значение напряжения 0 (t) входного =нгнала на интервале преобразования. В предложенном устройстве в конце каждого интервала преобразования

452

5 1056 по импульсу с выхода первого счетчика 9 напряжения U(tz + Т) с выхода компаратора 2 записывается во второй

)) -триггер 12, а знак напряжения U (t ) переписывается с выхода второго 3 -триг- 5 гера 12 в третий 3 -триггер 13. Если состояние второго )) -триггера 12 совпадает с состоянием третьего Р -триггера 13, то модуль второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (l) не to превышает единицы. В этом случае код числа М,.проходит с выхода регистра 11 на выход сумматора 14 без изменения. действительно, если оба триггера находятся в нулевом состоянии, то на второй 15 вход и на вход переноса сумматора 14 поступят нули, что не приведет к измене» нию кода числа N<< . Если же оба триггера находятся в единичном состоянии, то на второй вход сумматора 14 посту- ро пит число "-1, а на вход переноса поступит число +1 ", что также не приведет к изменению кода числа М ч. Если состояния второго )) -триггера 12 и третьего ) -триггера 13 различны, то это . 25 означает, что модуль второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (1). может достигать величины 2. Иначе говоря, произошло либо "избыточное подключение источника 8 эталонного напря ",gg жения через ключ 7 к второму входу интегратора 1 (состояния триггерров, соответственно, "О, "1»), либо его не« достаточное подключение(состояния триггеров, соответственно, "1» и «О ).

В первом случае необходимо вычесть иэ числа Ясч единицу, a ao втором случае необходимо к числу hl<> добавить единицу, т.е. скорректировать N«a сторону, противоположную знаку второго слагаемого в фигурных скобках соотношения (1).

Прибавление и вычитание единицы из числа N < происходит в сумматоре 14 следующим образом. В первом случае на второй вход сумматора 14 поступает число -1", поскольку на все разряды второго входа сумматора 14 поступают логические»1", а на вход переноса сумматора 14 поступает логический О», В результате происходит вычитание единицы иэ числа Мсч . Во втором случае на второй вход сумматора поступает число О, поскольку на все разряды второго входа сумматора 14 поступает логический 0", а на вход переноса сумматора 14 поступает логическая l", что равносильно прибавлению числа +1" к числу N „

В результате происходит прибавление единицы к числу йсц . Таким образом, при любых состояниях второго 2 -триггера 12 и тритьего 9 -триггера 13, которые определяются знаком напряжения

Ц(Ф1 на выходе интегратора 1, соотвеч ственно, в конце и в начале каждого интервала преобразования, величина ошибки преобразрвания не превышает по модулю единицы, т.е. скорректированное число

М ц с точностью до, + 0/И позволяет определить среднее значение напряжения

U„(4 входного сигнала на интервале преобразования.

Таким образом, благодаря коррекции числа, накопленного в счетчике 10 в соответствии со знаками напряжения на выходе интегратора 1, максимальная погрешность дискретности снижается вдвое, т.е,ввдение предложенных отличий позволяет повысить точность преобразования.

1056452

ИНИИПИ Заказ 9339 55

Тираж 936 Попписное

Фипиап ППП "Патент", г.Ужгороа,ул. Проектная, 4