Способ преобразования напряжения в код и устройство для осуществления

 

1. Способ преобразования напряжения в код, заключающийся в том, .что осуществляют сравнение преобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями, диапазон которых соответствует диапазону преобразуемого напряжения, и определяют результат преобразования, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, до выполнения сравнения формируют образцовое напряжение, одновременно со сравнением преобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями производят сравнение образцового напря- . жения с пороговыми напряжениями, по результатам сравнения в моменты равенства мгновенных значений образцового и преобразуемого напряжений значению порогового напряжения формируют две последовательности импульсов, выделяют моменты совпадения по времени импульсов данных последовательностей и запоминают номера пороговых напряжений, соответствующих мгновенным значениям образцового и преобразуемого напряжений, а результат преобразования определяют по формуле N, i/j N, ot где 1, j - соответственно порядковые номера пороговых § . . напряжений is момент равенства соответственно (П мгновенным значениям преобразуемого и образцового напряжений; Q NQ - код образцового наS пряжения , NX - код преобразу емого напряжения . 2. Устройство для преобразова00 ния напряжения в код, содержащее блок сравнения, выполненный на п элементах сравнения, первые входы которых объединены и соединены с 4 :f9 входной шиной, а вторые входы - с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстроде14ствия, в него введены второй блок сравнения, выполненньц на п элементах сравнения, два блока формирователей импульсов, два элемента ИЛИ, три элемента И, триггер, два счетчика импульсов, постоянное запоминающее устройство, выход которого является выходной lira

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (ц4 Н 03 M 1/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

Н ABTOPCHOMV СВМДЕТЕЛЬСТВУ г /

F ния формируют две последовательности импульсов, выделяют моменты совпадения по времени импульсов данных последовательностей и запоминают номера пороговых напряжений, соответствующих мгновенным значениям образцового и преобразуемого напряжений, а результат преобразования определяют по формуле х /j No где i j соответственно порядковые номера пороговых напряжений в момент равенства соответственно мгновенным значениям преобразуемого и образцового напряжений; код образцового напряжения; код преобразуемого напряжения.

N о Ч х (21) 3646994/24-24 (22) 26.09.83 (46) 23.09.85. Бюл. 9 35 (72) В.Е. Тырса и В.В. Заходяченко (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (53) 681 . 325 (088. 8) (56) Гнатек Ю.P. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям: Перев. с англ.

Под ред. Ю.A. Рюмина. M.: Радио и связь, 1982, с. 81, с. 380.

Шляндин В.M. Цифровые измерительные устройства. — M.: Высшая школа, 1981, с. 225-228. (54). СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕ

НИЯ В КОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ преобразования напряжения в код, заключающийся в том, .что осуществляют сравнение преобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями, диапазон которых соответствует диапазону преобразуемого напряжения, и определяют результат преобразования, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьшГения быстродействия, до выполнения сравнения формйруют образцовое напряжение, одновременно со сравнением преобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями производят сравнение образцового напряжения с пороговыми напряжениями, по результатам сравнения в моменты равенства мгновенных значений образцового и преобразуемого напряжений значению порогового напряже„„SU„„ A

2. Устройство для преобразования напряжения в код, содержащее блок сравнения, выполненный на и элементах сравнения, первые входы которых объединены и соединены с входной шиной, а вторые входы — с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, о т л и- . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй блок сравнения, выполненный íà и элементах сравнения, два блока формирователей импульсов, два элемента ИЛИ, три элемента И, триггер, два счетчика импульсов, постоянное запоминающее устройство, выход которого является выходной ши1181143 ной, первые входы соединены с выходами первого счетчика импульсов, вторые входы — с выходами второго счетчика импульсов, третий вход — с пе вым входом триггера, вход первого счетчика импульсов соединен с выходом первого элемента И, вход второ-го счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента И и соединен с вторым выходом триггера, второй вход второго элемента И объединен с первым входом третьего элемента И и соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с вторым входом первого элемента И и соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход третьего элемента И соединен с вхо—

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в информационноизмерительных системах.

Цель изобретения — повьш1ение быстродействия преобразования напряжения в код.

На фиг.1 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на .фиг.2 — структурная схема устрой- 10 ства для его осуществления.

Предлагаемый способ преобразования напряжения в код заключается в том, что одновременно с подключением преобразуемого напряжения, изменяющегося в течение времени переходного процесса по экспоненциальному или другому непрерывному закону Ux(г) =

=F(U>,, t), где U„. — установившееся значение преобразуемого напряжения, формируют изменяющееся по такому же закону U (t)=F(UO, ) t) образцовое напряжение, установившееся значение У которого задают равным максимальному значению диапазона преобразуемых напряжений U Одновременно сравнивают мгновенные значения изменяющихся преобразуемого и образцового наПряжений со значения n пороговь1х напряжен и UМ -Uh„ 30 дом триггера, входы первого элемента ИЛИ соединены с соответствующими выходами первого блока формирователей импульсов, входы кото1)ого соединены с соответствующими выходами элементов сравнения первого блока сравнения, первые входы элементов сравнения второго блока сравнения соединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, вторые входы элементов сравнения второго блока сравнения объединены и соединены с шиной образцового напряжения, а выходы элементов сравнения второго блока сравнения соединены с соответствующими входами второго блока формирователей импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ. которые располагают равномерно по всему диапазону, соответствующему диапазону преобразуемых напряжений.

При этом пороговые напряжения отстоят одно от другого на величину

gU=U„,„/(n«), что обеспечивает равномерное квантование U „(t) и U (t) по амплитуде с шагом 6U ьУ =aU.

Значение порогового напряжения с к-м порядковым номером определяется как U„„ =KOBU.Одновременно образуют первую и вторую импульсные последовательности путем формирования импульсов в моменты равенства мгновенных значений изменяющихся соответственно преобразуемого и образцового напряжений со значениями указанных пороговых напряжений.

При этом сравнивают временные положения импульсов двух последовательностей относительно момента начала преобразования. В момент равенства временных положений одной из пар импульсов запоминают порядковые номера пороговых напряжений, значения которых равны мгновенным значениям изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений, и завершают преобразование в течение времени переходного процесса. з 1!81

Поскольку Ux(t) и Up(t) изменяются во времени синхронно и по одному и тому же закону, то для произвольного момента tc в течение времени переходного процесса справедливо 5 утверждение Ux (te ) /Uo(te)»1х /Up « где U„(tp) и По("с) значения изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений в момент времени t . Если за такой мо- »0 мент времени t принять момент равенства временных положений одной из пар импульсов, при котором

Uy(t)=Б„; à U (г-с)=UII> где UÄ, и

Б„. — значения i-го и j — го порого- »5 вых напряжений, которые в момент tp равны мгновенным значениям изменяюс щихся соответственно преобразуемого и образцового напряжений, то можно

Vx Ux(tс) U„„

20 записать,что — = !

1о (ce )»»и!

Поскольку U, =idU, à U =jhU, то

V

Следовательно, зная порядковые номера пороговых напряжений, значе- 25 ния которых в момент tt равенства временных положений одной из пар импульсов равны мгновенным значениям изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений, можно вычислить установившееся значение преобразуемого напряжения по формуле (i/j)Up.Преобразование завершено в момент равенства временных положений одной из пар импульсов, т.е. в течение времени переходного процесса U„(t), так как импульсные последовательности преобразуются в течение этого периода времени. При этом число отличимых один от друго-

ro результатов преобразования или число различаемых состояние входного сигнала, которые определяют точность преобразования, равно числу отличимых одно от другого значений

45 отношений i/j, из множества таких соотношений i/j для которых задано условие i ñ ij,где i,j принимают значение от 1 до .»1.

Цикл преобразования начинается в

50 момент времени t, когда подключается преобразуемое напряжение (фиг.1а), изменяющееся в течение времени переходного процесса по экспоненциальному закону. При этом

143 где Бк — установившееся искомое значение преобразуемого напряжения (фиг.1а).

Одновременно с подключением преобразуемого напряжения формируется образцовое напряжение (фиг.1 1, изменяющееся по такому же закону (под равенством законов изменения во времени преобразуемого и образцового напряжений подразумевается и равенство постоянных времени процессов U„(t) и U (t). При этом

ЦМ .up(»-e ), (2) где U — установившееся значение о образцового напряжения, которое х макс (фиг 13)

Мгновенные значения изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений U<(t) и Up(t) одновременно сравнивают со значениями и лоро1oBbIx напряжении U „ «U„z U„«» которые отстоят одно от другого на величину d U=U„ „„„ /и+1 и расположех макс ны равномерно по всему диапазону, соответствующему диапазону преобразуемых напряжений. В моменты равенства мгновенных значений

Ux(t) и Up(t) с значениями пороговых напряжений формируют импульсы, которые образуют первую и вторую импульсные последовательности (фиг.1б,г). Образование импульсных последовательностей осуществляется одновременно в течение времени переходного процесса U„(c)..

В течение времени образования импульсных последовательностей сравнивают временные положения импульсов первой последовательности (входной) с временными положениями импульсов второй последовательности (образцовой). Сравнивают временные положения импульсов относительно момента С начала преобразования.

При одинаковых законах изменения

V„(c) и Up(t) временные положения

HMIIjjI1beoI1 входной (Тх»« Т„ « Тх «

Т„,,) и образцовой (Т,, Т„.„,...,Т„„) последовательностей определяются установившимися значениями соответственно преобразуемого Бх и образцового Up напряжений, которые всегда равны U „, „,,то временные положения импульсов образцовой последовательности занимают всегда фиксированные положения в каждом цикле преобразо5 1 вания. В момент tp равенства временного положения Т одного из импульсов входной последовательности и временного положения Т одного из импульсов образцовой последовательности запоминают порядковые номера i u j пороговых напряжений

U и Uy соответственно, значения которых в момент t равны соответственно U„(t ) и U„(Сс). Для момента времени t,разделив равенство (1) на равенство (2), получаем

U)((T„; ) /Uî (о ) Пх /Up

Учитывая, что U„(T, ) =По, =iAU а Up (T ) =U j gU, полУчаем

U (i/j ) Uо, пРи этом данное выРажение справедливо при любом характере переходного процесса при условии, что Ug(t) и Up(t) изменяются синхронно и по одному и тому же закону. Цикл преобразования завершается в момент времени t формированием кода преобразуемого напряжения, согласно выражению где Г1 о — код образцового напряжения.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник

1 пороговых напряжений, два блока 2 и 3 из и элементов сравнения, два блока 4 и 5 из и формирователей импульсов, два элемента ИЛИ 6 и 7, три элемента Ц 8-10, триггер 11, два счетчика 12 и 13 импульсов, постоянное запоминающее устройство

14, шину 15 преобразуемого напряжения, шину 16 образцового напряжения. Источник 1 пороговых напряжений содержит резистивный делитель, соединенный с опорным напряжением, и вырабатывает 11 пороговых напряжений, подаваемых на соответствующие выходы источника соответственно

2-1-2- и и 3-1-3-п, и 4-1-4-п и

5-1-5- n (и — количество разрядов устройства).

Первые входы элементов 2-1,2-2, ...,2-и сравнения блока 2 соединены с выходами 1,2. .. и источника 1 пороговых напряжений, а вторые входы объединены и подключены к шине 15 преобразуемого напряжения. Первые входы элементов 3-1,3-2,...,3-:П сравнения блока 3 соединены с выходами 1, 2,..., 1источника 1 пороговых напряжений, а вторые входы объе181143 Ь

1О

55 динены и подключены к шине 16 образцового напряжения. Выходы элементов 2-1,2 2,...,2- п сравнения блока 2 соединены соответственно через формирователи 4-1, 4- 2,...,4-л импульсов блока 4 с соответствующими входами элемента ИЛИ 6, а выходы элементов 3-1,3-2,...,3- и сравнения блока 3 соединены соответственно через формирователи 5-1,5-2, ...,5- и импульсов блока 5 с соответствующими входами элемента ИЛИ 7.

Выход элемента ИЛИ 6 соединен с первыми входами элементов И 8 и 9 а выход элемента ИЛИ 7 соединен с вторыми входами элементов И 8 и 10.

Выход элемента И 8 соединен с нулевым входом триггера 11, нулевой выход которого соединен с управляющим входом постоянного запоминающего устройства 14. Единичный выход триггера 11 соединен с вторым входом элемента И 9 и с первым входом элемента И 10. Выходы элементов И 9 . и 10 соединены с входами соответственно счетчиков 12 и 13 импульсов, разрядные выходы которых соединены соответственно с первой и второй группами разрядных входов постоянного запоминающего устройства 14.

Устройство для преобразования напряжения в код работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 11 установлен в единицу, счетчики

12 и 13 импульсов установлены в ноль (установочные входы триггера и счетчиков не показаны). С выходов

1,2,..., и источника 1 пороговых напряжений поступают соответствующие пороговые напряжения на первые входы одноименных элементов 2-1, 2-2,. ° ., 2-п, 3-1,...,3- и сравнения блоков 2 и 3. Причем с первого выхода источника 1 поступает пороговое напряже- ние U„1, с второго — U nz и r.д. Значения пороговых напряжений Цщ, U п, ...,Бпп расположены равномерно по диапазону нуль-U о,„ и отстоят одно от другого на величину ЬБЖ дц„ (п+М

С к-ro выхода источника 1 поступает пороговое напряжение с к-м порядковым номером, а значение этого напряжения Uïp =KOBU

Цикл преобразования начинается в момент подключения к шине 15 ступени преобразуемого напряжения U>, а к шине 16 — ступени образцового

1181143 8 напряжения Uö, значение которого задается равным Ux >, „,.Ступени напряжений Ux u U подключаются одновременно ° При этом, как следствие реакции на ступень напряжения входных реактивных параметров и параллельно подключенных первыми входами к шинами 15 и 16 элементов сравнения блоков 2 и 3 соответственно, возникают переходные процессы

U„(t) и U (t), в течение времени которых напряжение изменяется от нуля до UX u Uo соответственно.

Установившимися значениями переходных процессов Ux(t) и Uo(t) являются значения U x u U . Поскольку к шинам 15 и 16 подключено одинаковое число (Il) однотипных элементов, суммарные входные параметры которых можно считать идентичными, то можно утверждать, что переходные процессы П () и V,(t) имеют одинаковый характер и постоянную времени.

Таким образом, при одновременном подключении ступеней напряжений Ux и U к шинам 15 и 16, соответствено но, возникают переходные процессы

Uх (t) и U,(t), в течение времени которых преобразуемое и образцовое напряжения изменяются синхронно

1 и по одному и тому же закону. При этом мгновенные значения U„(t) и

U>(t) сравниваются с пороговыми напряжениями П„, — U„> с помощью элемен- 35 тов сравнения блоков 2 и 3 соответственно. В моменты их равенства по перепадам напряжения, поступившим с выходов соответствующих элементов сравнения, формируются импульсы . 40 одноименными формирователями блоков

4 и 5. Эти импульсы поступают на соответствующие входы элементов ИЛИ

6 и l. При этом в течение времени переходных процессов на выходах 45 элементов ИЛИ 6 и 7 образуются импульсные последовательности. Причем временные положения относительно момента начала преобразования (момент подключения ступеней U< и U ) импульсов последовательности на выходе элемента ИЛИ 6 (входная последовательность) соответствуют моментам равенства мгновенных значений V<(t) значениям пороговых напряжений, а импульсов последовательности на выходе элемента ИЛИ 7 (образцовая последовательность) — моментам равенства мгновенных значений U (t) значениям пороговых напряжений.

Импульсы входной последовательности поступают на первые входы И

8 и 9, а импульсы образцовой последовательности — на вторые входы элементов И 8 и 10. Поскольку на другие входы элементов И 9 и 1О подан разрешающий потенциал с единичного выхода триггера 11, то импульсы указанных последовательностей поступают через элементы И 9 и 10 на входы счетчиков 12 и 13, где они подсчитываются. Одновременно осуществляется сравнение временных положений импульсов входной и образцовой последовательностей элементом И 8.

Когда на оба входа последнего поступают одновременно два импульса (фиг.1, момент времени tc), т.е. когда временное положение одного из импульсов входной последовательности равно временному положению одного из импульсов образцовой последовательности, то на выходе элемента И 8 появляется импульс (фиг.1в), который устанавливает триггер 11 в нулевое состояние, тем самым запрещая дальнейшее прохождение импульсов, следующих за совпавшими, через элементы И 9 и 10 на входы соответствующих счетчиков.

При этом в счетчиках 12 и 13 записаны числа i u j равные порядковым номерам совпавших импульсов соответственно во входной и образцовой последовательностях. Порядковые номера i u j совпавших импульсов соответствуют порядковым номерам

i u j пороговых напряжений U „ и

U > значения которых в момент времени t равны мгновенным значениям соответственно UK(tc) и Uo(t ).

Поскольку для момента t Ug/П =

Ug (t .) /11р(to) U; /U > -/3 э то искомое значение U„ вычисляется по формуле Ux = (i/j)U .

По кодам i u j для каждого из таких совпадений осуществляется выборка из соответствующей ячейки памяти ПЗУ соответствующего резуль" тата преобразования.

При совпадении пары импульсов разрешающий потенциал с нулевого выхода триггера 11 поступает на управлянлщй вход постоянного запомис нающего устройства 14, в соответ9 ствующих ячейках памяти которого хранятся коды, эквивалентные М результатам преобразования, т.е. (i/j)N . При этом ito кодам i и j, поступающим с разрядных выходов счетчиков 12 и 13 на соответственно первую и вторую группы разрядных

1181143 l Ñ входов ПЗУ 14, осуществляется выборка соответствующего кода Nx.

Таким образом, предлагаемое

5 устройство осуществляет преобразование в течение времени переходного процесса uÄ() .

1i 81143

Составитель А. Кузнецов

Редактор М, Бланар Техред А.Бабинец Корректор О. Луговая

Заказ 5949/60 Тираж 87 1 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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