Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности аналого-цифрового преобразователя (АЦП), работающего в избыточно-измерительном коде (НИК). Применение ИИК обеспечивает высокую точность преобразования при использовании цифроаналогового преобразовате- ,ля низкой точности, а введение блока постоянной памяти,,цифрового коммутатора , арифметико-логического устройст ва, регистра, элемента И, регистра последовательного приближения, регистра сдвига и дополнительного цифроаналогового преобразователя, которые обеспечивают работу АЦП в режиме поверкии непосредственного преобразования с коррекцией, позволяет получить результат преобразования в обычном двоичном коде, т.е. в изобретении сочетаются достоинотва ИИК (низкие требования к точности ТДАЛ) и обычного двоичного кода (широкая область применения). 1 з.п, ф-лы, 4 ил. (Л С с о С N9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

«И «г) (51) 4 Н 03 M 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” ..1 (21) 3782905/24-24 (22) 15 ° 08.84. (46) 07.03.86. Бюл. ¹ 9 (72) А.II.Ñòàõoâ, А.Д.Азаров, В.И.Моисеев, В.П.Марценюк и

В.Я.Стейскал (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 788272, кл. Н 03 К 13/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1027815, кл. Н 03 К 13/02, 1981. .(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности аналого-цифрового преобразователя (АЦП), работающего в избыточно-измерительном коде (ИИК).

Применение ИИК обеспечивает высокую точность преобразования при использовании цифроаналогового преобразовате,ля низкой точности, а введение блока гостоянной пачяти,цифрового коммутатора, арифметико-логического устройства, регистра, элемента И, регистра последовательного приближения, регистра сдвига и дополнительного цифроаналогового преобразователя, которые обеспечивают работу АЦП в режиме поверки- и непосредственного преобразования с коррекцией, позволяет получить результат преобразования в обычном двоичном коде, т.е. в изобретении сочетаются достоинства ИИК (низкие требования к точности ЦАП) и обычного двоичного кода (широкая область применения). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 12168

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей аналогоцифрового преобразователя.

На фиг. l.представлена функциональная схема аналого-цифрового,преобразователя; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления;. на фиг,. 3 и 4 — граф-схема. алгоритма работы устройства.

Аналого-цифровой преобразователь l5 содержит входную шину 1, аналоговый коммутатор 2 (АК), дополнительный цифроаналоговый преобразователь 3 (ЦАП), регистр 4 сдвига (РГС), блок 5 сравнения (БС), основной цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП), регистр 7 последовательного приближения (РПП ), первую и вторую управляющие шины 8 и 9, пятый выход 10 блока управления, шестой выход ll блока 25 управления, второй выход 12 блока управления, четвертый выход 13 блока управления, блок 14 оперативной памяти (БОП), блок 15,постоянной памяти (БПП), элемент И 16, цифровой, Зо коммутатор 17 (ЦК), арифметико-логическое устройство 18 (АЛУ), регистр

19 (РГ), блок 20 управления, первый выход 21 блока -20, седьмые выходы 22 блока 20, третий выход 23 блока 20, 35 восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы 24 — 28 блока 20, выходные шины 29, шину 30

"Запуск".

Блок 6 управления (фиг.2) выполнен 4О на постоянном запоминающем устройстве 31, первом и втором регистрах

32 и 33, генераторе 34 тактовых импульсов.

Основной цифроаналоговый преобразователь 6 предлагаемого устройства должен быть выполнен на основе избыточных измерительных кодов (ИИК), например кодов бибоначчи 1 золотой " пропорции и др. Применение ИИК позволит обеспечить высокую точность преобразования при использовании

ЦАП с низкой точностью, однако то, что результат преобразования получается также в ИИК, сушественно ограничивает область применения. Предложенное техническое решение сочетает достоинства ИИК (низкие требования к точности основного 11АП 6) и обыч27 2 ного двоичного кода (широкая область применения), т.е. обладает расширенными функциональными возможностями.

Устройство функционирует в двух режимах: поверки и непосредственного аналого-цифрового преобразования с коррекцией.

В режиме. поверки определяются коды реальных значений весов разрядов ПАП б. Причем разряди делятся на группу старших (поверяемых) и группу младших (неповеряемых) разрядов, Такой подход справедлив при формировании весов разрядов с одинаковой-относительной погрешностью&.

В этом случае абсолютные отклонения

QQp от требуемых значений Ы, для старших разрядов будут большими, . а для младших — малыми ° Поэтому коды реальных значений весов млад-. ших разрядов Крр,. полученные после изготовления устройства, записываются в БПП15 .и используются при функционировании.

Определение кодов К>р реальных значений весов разрядов;производится только для группы из старших разрядов. Значения м определяются иэ условия те —. <@н- + "@тг т где. — количество разрядов ЦАП; дЯ вЂ” отклонения от требуемоh- l11+ I

ro значения (8 -tn+ 1) — го разряда;

Я, g „ — значения первого и вто Р 1 Г рого младших разрядов соответственно.

Определение кодов Кр для старших разрядов производится при формировании ЦАП 3 ступенчато нарастающей аналоговой величинь*. А, каждая ступень которой соответствует весу проверяемого разряда. Каждый аналоговый сигнал Ар дважды уравновешивается по методу поразрядного кодирования компенсирующим сигналом А 1

ЦАП 6 — один раэ с запретом включения поверяемого разряда, другой раз— без запрета. По результатам двух кодирований опрецеляется код реального веса поверяемого разряда.

Работа устройства в режиме поверки осуществляется следующим образом.

По сигналам БУ 20 происходит обнуление РГ 19, содержимого БОП 14, запись исходного кода в РГС 4, устанавливается в начальное состояние

РПП 7, аналоговый коммутатор 2 под1216827 ключает к второму входу БС 5 выход

ЦАП 3, на котором присутствует аналоговый сигнал А „„;„„.

Значение вспомогательного аналогового сигнала должно быть таким, чтобы при поразрядном уравновешивании его компенсирующим сигналом ЦАП 6

А„ произошло включение поверяемого (a -1111. 1) — го разряда, т. е. А „ должны превышать реальный вес поверяемого разряда на величину 5 — 207.

Далее при помощи блоков 5, 6, 7, 16, 20 производится аналого- цифровое. преобразование сигнала А „ „. Результат первого преобразования

t5 ! а

К„, „, которое осуществляется с запретом включения(р1 -111+ 1) — го разряда при помощи элемента И, форми( руется В РПП 7. ДВОичный кОд Кр„, первого преобразователя формируется в РГ 19 при помощи блоков 14, 15, 17, 18, 19, 20 по формуле к

1д1 где a;E(0,11- раэрнднант каэФфициент первого кодирования К „„,д.1, Результат второго кодирования К,„ „„„ также формируется в РПЛ 7. Двоичный gp

ii код К 11,+1 второго преобразования формируется в РГ 19 по формуле

1-1

И I ii

K i П-m+1 к ZW -m+1

1=1 35

45 где о,". g<0,73 — разрядный коэффициент

1 д второго кодирования Ki, +, . Так как коды Кр, равны нулю при >11-1цд+1 (содержимое БОП 14 — нулевое), то и 40 код К „ „,+1 равен коду реального веса(11 -ь+ 1) — го разряда, т.е.

Il . К рп 1д+1 = К „, +, . По сигналу

БУ 20 этот код переписывается в БОП 14.

Далее производится сдвиг РГС 4, в результате чего на выходе ПАП 3 появится новый вспомогательный аналоговый сигнал А р,, . Получение реального веса(11 - 2) — го разряда происходит аналогично описанному.

Процесс поверки заканчивается после определения кодов реальных весов всех старших разрядов.

В режиме непосредственного преобразования входной аналоговой величины А „ в код участвуют все блоки устройства за исключением ЦАП, РГС и элемента И.

Скорректированный результат преобразования К (A ) определяется с учетом кодов .реальных значений весов

К и формируется в РГ 19 по формуле где 0;Е 0,1)- двоичная цифра результата.уравновешивания Ag сигналом А„.

По окончании процесса поразрядного уравновешивания код К(А) поступает на выход 29 устройства.

Функционирование устройства в режиме непосредственного преобразования периодически прерывается режимом поверки. Частота перехода из режима в режим определяется скоростью изменения реальных. значений весов разрядов ЦАП и зависит от стабильности параметров аналоговых узлов и от скорости изменения внешних условий.

Один из возможных вариантов реализации блока управления приведен на фиг. 2. Для формирования управляющих сигналов применена последовательная схема с использованием ПЗУ.

Необходимые для управления функционированием АЦП управляющие и условные сигналы приведены в таблице.

Алгоритм функционирования устройства в соответствии с приведенным описанием работы показан на фиг.3 и 4.

Формула изобретения

1 . Аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу основного цифроаналогового преобразователя, блок оперативной памяти, первый управляю-. щий вход которого подключен к первому выходу блока управления, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения .функциональных возможностей, введены блок постоянной памяти, цифровой коммутатор, арифметико-логическое устройство, регистр, элемент И, регистр последовательного приближения, регистр сдвига, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, аналоговый коммутатор, первый информационный вход которого является входной шиной устройства, второй информационный вход

121б827

Наименование сигнаНомер Обознасвязи чение

Примечание лов

"Режим 1"

При Х =1-кодирование с контролем

Х 1

"Режим 2"

1!Ри =! Разреше ние преобразования подключен к выходу дополнительного цифро-аналогового преобразователя, управляющий вход — к второму выходу блока управления, выход — к второму входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к третьему выходу блока управления, выход — к второму управляющему входу 1О блока оперативной памяти, управляющему входу блока постоянной памяти и к информационному входу регистра последовательного приближения, выходы которого подключены к соответст- 1 вующим входам основного цифро-аналогового преобразователя, первый управляющий вход подключен к четвертому выходу блока управления, пятый выход которогo подключен к первому управ- 20 ляющему входу регистра сдвига, выходы которого подключены к соответствующим входам дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй управляющий вход объединен с вторым управляющим входом регистра. последовательного приближения и подключен к шестому выходу блока управления, седьмые выходы которого подключены к соответствующим адресным входам блоков постоянной и оперативной памяти, восьмой выход подключен к третьему управляющему входу блока оперативной памяти, выходы которого подключены к соответствующим первым информационным входам цифрового коммутатора, вторые информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока постоянной памяти, управляющий вход подключен к девятому выходу блока управления, 4О выходы подключены к соответствующим первым информационным входам арифметико-логического устройства, управляющий вход которого подключен к десятому выходу блока управления, 4 выходы подключены к соответствующим информационным входам регистра, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к одиннадцатому и двенадцатому выходам блока управления, выходы являются выходными шинами и подключены к соответствующим информационным входам блока оперативной памяти и вторым информационным входам арифметикологического устройства, при этом первый и второй входы блока управления являются соответственно первой и второй управляющими шинами, а третий вход является шиной запуск".

2, Преобразователь по п.l, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что блок управления выполнен на первом и втором регистрах, генераторе тактовых импульсов и постоянном запоминающем устройстве, первый и второй входы. которого являются соответственно первым и вторым входами блока управления, входы с третьего по девятый подключены к соответствующим выходам второго регистра, выходы с первого по 5 + 11, гдеF=t Coct< 1+ 1 Q — количество разрядов основного цифроаналогового преобразователя, подключены к соответствующим информационным входам первого регистра, выходы с Г+ !2 по Г+ 18 подключены к соответствующим информационным входам второго регистра, первый управляющий вход которого является третьим входом блока управления, второй управляющий вход подключен к прямому выходу генератора тактовых импульсов, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого регистра, первый, второй и третий выходы которого являются соответственно пятым, четвертым и первым выходами блока управления, выходы четвертого по (+ 3 являвтся седьмыми выходами блока управления, выходы с

5 + 4 по г + ll являются соответственно девятым, десятым, шестым, одиннадцатым, третьим, вторым, восьмым и двенадцатыми выходами блока управления.!

216827

1 2

"Сдвит РГС"

l3

24 У„, 25 У

10 У

11 У7

22 У<

27 У

28 Начальная установка

"Коммутация АК"

"Синхроимпульс Р1П!"

"Запись-считывание

БОП"

"Адрес БОП и БПП"

Запрет включения разряда"

"Синхроимпульс записи БОП"

"Коммутация ПК"

"Вычитание-сложение

Алую с

Запись РГ"

"Обнуление РГ"

Продолжение таблицы

При У =0 коммутируется выход ф П

При У =-0 — считывание

При У> =0 — з апре т

При У =0 коммутируется выход БОП

При У6 =0 — сложение

1216827

)2)б82

1216827

Составитель В.Першинов

Техр ед Т. Дубинч ак Корректор О.Луговая

Редактор С.Патрушева

Заказ 1004/60

Тираж 818 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F.-35, Раушская наб., д.4/5 филиал DPII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4