Аналого-цифровой преобразователь интегральных характеристик напряжений

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения интегральных характеристик действующего, среднего и средневыпрямленного значений напряжений произвольной формы. Изобретение позволяет расширить область применения устройства. Это достигается тем, что в устройство, содержащее источник 1 опорного напряжения, ключ 5, усилитель 9, блок 10 коррекции нуля, функциональный преобразователь 11, интегратор 18, блок 19 разряда интегратора, компаратор 20, блок 21 управления, генератор 22 импульсов , преобразователь 23 вре:;я ю САд СО го 00 со

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1233283 А1 (51I 4 Н 03 И 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 38 18713/24-24 (22) 27.11.84 (46) 23.05.86. Бюл. N - 19 (71) Кишиневский политехнический институт им. С.Лазо (72) И.Ф.Клисторин, Ф.И.Жуганарь и А.В.Тютякин (53) 681.325(088.8) (56) Справочник по нелинейным схемам.

/Под ред. Д. Шейнгольда. И.: Иир, f 977 с. 30.

Авторское свидетельство СССР

Р 1140054, кл. G 01 R 19/02, !983. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения интегральных характеристик действующего, среднего и средневыпрямленного значений напряжений произвольной формы. Изобретение позволяет расширить область применения устройства. Это достигается тем, что в устройство, содержащее источник 1 опорного напряжения, ключ 5, усилитель 9, блок 10 коррекции нуля, функциональный преобразователь 11, интегратор 18, блок 19 разряда интегратора, компаратор 20, блок 21 управления, генератор 22 импульсов, преобразователь 23 вре:;я

12 3 3283!

5 код, регистр 25, введены ключи 4, 6, 7, 8, источники 2, 3 опорного напряжения, управляемый делитель 12 наИзобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения интегральных характеристик действующего, среднего и средневыпрямленного значений напряжений произвольной формы.

Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения преобразования напряжений сложной формы. l0

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 — функциональная схема микроЭВМ; на фиг. 4 — временные диаграммы работы устройства при преобразовании, например, действующего значения напряжения.

Устройство содержит (фиг. 1) ис— точники 1 — 3 опорного напряжения, .20 ключи 4 — 8, усилитель 9, блок 10 коррекции нуля, функциональный преобравователь 11, управляемый делитель 12 напряжения, инвертор 13, регистры 14 и 15, повторитель 16 напряжения, уси- 25 литель 17, интегратор 18, блок 19 разряда интегратора, компаратор 20, блок 2 1 управления, генератор 22 импульсов, преобразователь 23 время код, микроЭВМ 24, регистр 25. 30

Блок управления (фиг. 2) соцержит генераторы 26 и 27 импульсов, одновибратор 28, D — триггер 29, формирователи 30 и 31 коротких импульсов, элемент И 32, RS-триггер 33, элемент И 34, счетчик 35 импульсов, блок 36 сравнения, формироватепи 37 и 38 коротких импульсов, RS-триггер 39, элемент И вЂ” НЕ 40, инвертор 41, элементы И 42 — 44, инвертор 45, фор- 40 мирователи 46 — 48 коротких импульсов, элемент И 49, RS-триггер 50, формирователь 51 коротких импульсов, инвертор 52, элемент И-НЕ 53, RSтриггер 54, элемент И-НЕ 55, 0-триггер 56, элементы И 57,58, элемент

ИЛИ 59. пряжений, повторитель 16 напряжений, усилитель 17, инвертор 13, регистры 14,15, микрОЭВМ 24. 2з.п.ф-лы,4ил.

МикроЭВМ содержит (фиг. 3) генератор 60 тактовых импульсов, постоянное запоминающее устройство 61, регистр 62, блок 63 микропрограммного управления, центральный процессор 64, мультиплексор 65, постоянное запоминающее устройство 66 . На временных диаграммах (фиг. 4) обозначено: U„(t) — входное напряжение; U,U,Н вЂ” напряжения соответственно на выходах генератора 26, одновибратора 28, генератора 27 бло-. ка 21, которые и определяют соответственно длительность цикла преобразования, длительность времени начальной установки и интервал времени Т между изменениями кода на управляющих входах управляемого делителя напряжения 12; U — напряжение на выходе функционального преобразователя 11, в качестве которого выступает аналоговый квадратор; U — напряжение на выходе усилителя 17", U„. — напряжение на выходе интегратора 18 (который в данном примере является инвертирующим); U, — напряжение на третьем входе преобразователя 23.

Рассмотрим принцип работы устройства на примере преобразования действующего значения напряжения U„(t) в цифровой код.

Общий цикл преобразования (интервал времени t, -t, на фиг. 4) включает в себя три цикла, длительность которых определяется периодом импульсного напряжения U В течение первого цикла (интервал времени t - ) происходит преобразование квадрата действующего значения преобразуемого напряжения Н„() в промежуточный результат преобразования — двоичное число и „.

Преобразование осуществляется следующим образом. В течение времени начальной установки (интервал времени

) первый вход входного уси>:> 1 пителя 9 через ключ 6 подключен к ну— левой шине, а блок 10 нз. >дится в ак—

1233 тивном состоянии. Интегратор 18 в течение времени начальной установки устанавливается в исходное начальное состояние посредством замыкания блока 19 в течение данного интервала времени. Одновременно в течение данного интервала времени преобразователь 23 устанавливается в нулевое состояние через его третий вход. Причем третий, второй и первый входы 10 преобразователя 23 являются соответственно входами начальной установки, преобразуемого интервала времени и тактовой частоты.

По окончании времени начальной установки первый вход усилителя 9 остается подключенным посредством пятого ключа 6 к нулевой шине, блок 10 продолжает оставаться в активном состоянии, а блок 19 продолжает оста- 20 ваться замкнутым.

С момента времени первый вход усилителя 9 подключается посредством первого ключа 5 к преобразуемому напряжению U„(t), а блок 10 переходит 25 в пассивное состояние, в котором он поддерживается до момента времени t„.

При этом на его выходе запоминается и хранится далее уровень корректирующего напряжения. Одновременно размы- ЗО кается блок 19 разряда интегратора, который поддерживается в разомкнутом состоянии до момента времени

Усилитель 17 (который при единичном или нулевом состоянии его управляющего входа работает соответственно в режиме инвертора или повторителя) с начала цикла преобразования и до момента времени поддерживается в режиме повторителя.

В течение интервала времени gt(ht= — ) происходит усреднение выход3 1 ного напряжения функционального преобразователя 11 (в качестве которого выступает аналоговый квадратор), .прямо пропорционального значению 0„(г.).

2 45

Усреднение позволяет осуществить подавление переменной составляющей усредняемого напряжения, прямо пропорционального U„ (t), при нулевом ослаб50 ленни его постоянной составляющей, которая прямо пропорциональна квадрату действующего значения преобразуемого напряжения U„

В устройстве усреднение осуществ- 55 ляется известным методом весовой функции посредством управляемого делителя 12 и интегратора 18. При этом в мо283

4 мент времени L выходное напряжение з интегратора 18 0 (с ) будет равно

1.

U,(t,) = К k„, Lh ЗО(к к, 0„(1 .Г,l Г Ъ

t, Е „„ a t ° e„<1- К. t, j, n t, =(È-1>Х где: к ч — коэффициент передачи уси(1) — лителя 9;

k,3„ — соответственно коэффициент передачи и напряжение смещения функционального преобразователя 11;

„ (t) — весовая функция;

M — опорный код на вторых входах блока сравнения 36; — соответственно коэффициент передачи и напряжение смещения повторителя 16;

t г — соответственно коэффицичк чк ент передачи и напряжение смещения усилителя 17 при работе в режиме повторителя; — соответственно коэффициент передачи и напряжение смещения интегратора 18;

Т вЂ” период импульсов на выходе генератора 27.

Весовая функция 1() реализуется посредством управляемого делителя 12 напряжения известным методом ступенчатой аппроксимации по формуле

> (t) = S(t)k (2)

1= 1 где 1 — значение коэффициента деления управляемого делителя 12 в интервале времени при этом длитель! ность интервала времени

\ не зависит от значения i и равна периоду Т, значение t равно t, а значение t -t, равно р 1

S(t) — единичная функция, которая определяется как

0 при

S(t)= 1 при t., с (С, 0 при t t., (3)

Управляемый делитель 12 напряжения является управляемым делителем напряжения известного типа "R-2R". Его основу составляет декодирующая резистивная матрица типа "К-2R" разрядностью к+1, каждый разряд которой (при напряжении логической единицы на соответствующем управляющем входе) подключается соответственно к вход123 328 3 ному напряжению или к нулевой шине.

При этом обеспечиваются значения коэффициента деления упра1зляемого делителя 12 напряжения, лежащие в диапазоК 1 К l<+t

5 не от 1/2 до (2-1) 2, которые могут изменяться с шагом дискретности

1/2

Управляющие коды, обеспечивающие соответствующие значения к (i=1

У

2,...,m) коэффициента деления управляемого делителя 12, хранятся в соответствующем ПЗУ микроЭВМ 24 (например, в ПЗУ 66 при реализации микроЭВМ 24 по структурной схе tå, пред— ставленной на фиг. 3). Их поступление из соответствующего ПЗУ микро3ВМ 24 на первые и вторые входы управляемого депителя 12 напряжения осуществляется посредством инвертора 13, третьего и второго регистров 14 и 15 следующим образом. По окончании начальной установки (т.е. после момента времени t,, наступление которого распознается микроЭВМ 24 5 посредством анализа состояния ее второго входа) во второй регистр 15 по команде от микроЭВМ 24 заносится код, соответствующий значению коэффициен— та деления управляемого делителя 12 напряжения, равному К,, Этот код в момент времени г записывается в регистр 14, с выходов которого он поступает непосредственно на первые входы управляемого делителя 12 напряжения, и через инвертор 13 — на его

35 вторые входы. После момента времени t (наступление которого распознается микроЭВМ 24 посредством анализа состояния ее третьего входа) микроЭВМ 24 начинает запись во второй регистр 15 через промежутки времени, задаваемые программным путем и примерно равные Т кодов, соответствующих значениям коэффициентов деления

45 управляемого делителя 12 напряжения

К,, (где i=1 2,3,...,m) . Эти коды записываются в регистр 14 через промежутки времени, точно равные Т, в связи с тем, что в течение интервала

50 времени д „на управляющий вход регистра 14 поступает импульсное напряжение Бз . Таким образом, изменения кода на входах управляемого делителя 12 напряжения происходят точно в соответствующие моменты времени t.

55 (где i=1,2,...,m), что необходимо для обеспечения высокой точности аппроксимации. HRPJTEttèå регистра !4 обусловлено тем, что н отсутствие его длительность интервала времени между указанными изменениями кода (т. е. длительность интервала времени между занесениями кодов в регистр 15, задаваемая программно посредством микроЭВМ 24) не может быть обеспечена равной Т с высокой точностью.

Погрешность аппроксимации весовой функции d (t) зависит от погрешности значений К ., разрядности управляемого делителя 12 напряжения и от отношения Т/at, . Она может быть обеспечена доста.точно малой при применении современной элементной базы.

Тогда после постановки в выражение (1) значения весовой функции (1.), полученного в соответствии с (2) и (3), + с учетом того, что R,,L,,1,,R к пн vt н напряжения постоянного тока, после соответствующих преобразований имеем

О, it, l = K. „„К.„K, К„г I K . U, it ldt

l =1

1т 3 „К„, К,„1„Г К,, ° К„К „„Г„

1=1

К„,„1,, (1-К„, (4)

При этом подавление переменной составляющей усредняемого напряжения зависит от вида весовой функции (t) и длительности интервала времени усреднения, равного в данном случае

Вид весовой функции 3(t) и дли— тельность интервала времени 1 t в свою очередь, полностью определяются хранящимся в соответствующем ПЗУ микроЭВМ 24 массивом кодов, которые задают значения К3, коэффициента деления упра1зляемого делителя 12 напряжения (размерностью массива и значениями кодов), а также кодом, определяющим длительность интервала времени hatt, формируемого блоком 21 (например, кодом на вторых входах бпока 36 сравнения).

Тогда, исходя из того, что в процессе усреднения методом весовой функции переменная составляющая значения

u„(t), которую обозначим u„ (t), подавляется при нулевом ослаблении постоянной составляющей, равной значению Ц, выражение (4) может быть преобразовано следующим образом:

1.

1 и 11 )-к,K„,K„.К, .,Õ .J з,1 .

12 33283

Г„„

4 4 пЪ (<„(t ) ) d t |к „К„, К„„Г | К ° l, К l 4 t

Ф

I: 1 .К„Е„,44 Е. (1- k. 4,) = К„К,„ .„К„К

Ьv тт! 1 f1

«) К +8+) K Г«,> К +

31, + ! „„4, +)((4t I. (1 k 4$,),(5) где d — остаточная погрешность от неполного подавления состав- 10 ляющей U2(t), которая равна

1т!

8 =-к к y,„„ê, „ ) К 0 (1),(1 (6) ! =1 . 15

| может быть обеспечена достаточно малой при соответствующем выборе вида весовой функции к)(1.) и интервала времени 4 t, .

С момента времени t к первому вхо-20 ду усилителя 9 подключается посредством второго ключа 4 первое опорное напряжение U, на входах управляемого делителя 12 напряжения устанавливается код, обеспечивающий равенство

его коэффициента деления фиксированному значению к, которое не меняется до момента времени t Одновременно усилитель 17 переводится в инвертирующий режим работы. Выходное напря- ЗО жение интегратора 18 U при этом с мо6 мента времени t начинает линейно

3 возрастать, так как на третий вход интегратора 18 поступает напряжение, p = 4t,f.

4 прямо пронорцн1!нальное значе||ию — ll з1

Это прод!!.|1жается в течение интервала времени 4 C QT момента времени

2 4 до момента времени t„когда компаf>àто 20 р фик! ирует равенство выходного напряжения интегратора 18 нулю. Тогда для выходного напряжения интегратора 18 в момент времени t, U„ (t„) верно следующее выражение:

t и,tt. |-о,tt,t=к, f (к, (к. 1к,.к. к,,1!„. ьч

|.

),C )+Р Д -(„К„4 =(„, (7) — — соответственно коэффициент передачи и напряжение смещения усилителя 17 при работе в режиме инвертора; напряжение смещения нуля компаратора 20.

Параллельно с процессом формирова1 ния интервала времени 4 t импульсное 2 напряжение U, определяющее данный интервал времени, поступает на третий вход преобразователя 23, в котором интервал времени 6t линейно пре2 образуется в двоичное число n .

Подставив в выражение (7) значеие U.(t ), полученное в соответствии с выражением (S), с учетом того, что ()„,В, вЂ, — напряжения постоянного тока, =t -t после соответствующих преобразований имеем

-К К К (К K

ЧК |1 И дС К Ь частота выходных импульсов 40 генератора 22. где f!

Число и,, получаемое на выходах преобразователя 23, по окончании интервала времени 4t заносится в соот-45 ветствующий регистр микроЭВМ 24. При этом окончание интервала времени ьс

2. распознается микроЭВМ 24 посредством анализа состояния ее четвертого входа. 50

В течение интервала времени

5 (т.е. до начала следующего цикла преобразования) первый вход усилителя 9 через пятый ключ 6 подключен к нуле- 55 вой шине, блок 10 находится в активном состоянии, .а блок 19 разряда интегратора замкнут. Усилитель 17 с моц +t )-К о1 к чк тн (s) мента времени t переводится в режим !! повторителя.

В течение времени остальных двух циклов, входящих в общий цикл преобразования (интервалы времени соответственно t -t и „ -Т„5 ) осуществляет ся преобразование квадратов действую.щих значений соответственно первого и второго опорных напряжений U, и U, в промежуточные результаты преобразований — двоичные числа и

1 .2 и и по тому же алгоритму, что и преобразование в двоичное число n квад-! рата действующего значения напряжения U„(t), описанное выше. Тогда, с учетом того что U u U — напряжения постоянного тока, для и и n з верны, по аналогии с и следующие

У равенства:

123 3, ?8 3

Ф л. 1. к4

KÄÄ KÄ„fÄ 7) К, ° к,„ t„„nt - Г„, М; „(;-- tl- —, -"

1= 1

t 1 уК кн к Ьу о, h

-К К К ra К )1 1(ТК Е -Е .Е

4К ЗО «Н К ЬЧ Ол» YI» ИН 4к ° И (з) чтл

Ф, + 1 Р„„

Uo, ) „К„„Г„Т),)К, + K> 1. „„gt„+(,t+t (,— "- 1,)—

I -= 1

IA

« (10 ) 6

1 =u кто ка

)()(к„, к,.к,) ;„

1(1г) q км

К I,К„ кЕ„„qt e,Iran e,Я- t,ln,= f (Ki )(ЬУ Uo1 Ь Ук 1I»1 Ук, «, +Г) 1< Г - +Г

Yk «к ьо

Числа n и и также заносятся

2 в соответствующие регистры микроЭВМ 24. Затем в течение интервала времени t — t происходит вычис14 I l ление окончательного результата преобразования — числа N, соответствующего значению U„ . Это вычисление выполняется посредством микроЭВМ 24 по формуле

Время вычисления зависит от элементной базы, на которой построена микроЭВМ 24, и может быть обеспечено весьма малым по сравнению с длительностью интервала времени,„ —,5 .

Значения U, — U,„ è U при этом хра2 2 нятся в соответствующем ПЗУ микроЭВМ 24 (например, в ПЗУ 66). Опорные напряжения U „ -U,U, могут быть реализованы с высокой точностью известными методами.

Подставив в выражение (11) значе— 35 ния и и и и полученные в соот— л .у ветствии с выражениями (8), (9) и (10), после соответствующих преобразований имеем где кт — остаточная погрешность ко1 нечного результата преобразования, обусловленная непОлным пОдавлением перемен ной составляющей U„ (t) квадрата напряжения V„(t).

Приближенное значение b„ равно, в соответствии с известной формулой, т.к к е т) к

)7 2 () qv, no)(Ь)(Ья Окcb Чк Ь > Э, 2Ь„,К,К К„„Q», К„К,,1

1=1

При этом, как следует из описанно го,значение Ь, может быть обеспечено достаточно малым при соответствующем выборе весовой функции (с) и интервала времени

По окончании процесса рычисления

I значение N заносится в первый регистр 25, затем снова осуществляются три Описанных цикла преобразования.

Преобразование средневыпрямленного значения преобразуемого напряжения

U (t) происходит аналогично преобразованию его действующего значения.

При этом в качестве функционального преобразователя 11 выступает активный двухполупериодный выпрямитель, напряжение на выходе которого прямо пропорционально значению модуля его входного напряжения. Постоянная составляющая модуля преобразуемого напряжения )U„(t)! равна, по определению, средневыпрямленному значению преобразуемого напряжения U„ . Переменную составляющую напряжения ) U„(t)l обозначим П„(г.). В процессе усреднения напряжения )U„(t)l методом весовой

I функции его составляющая U (t) подавя ляется при нулевом ослаблении постоянной составляющей, равной U„,g . Тогда, по аналогии с преобразованием действующего значения преобразуемого на- пряжения U (t), с учетом того, что первое и второе опорные напряжения

U u U — положительные напряжения постоянного тока, т.е. значения (U,„ ) и (V„) равны соответственно и U, В даннОм случае промежу1l точные результаты преобразований и

11 и и 3 равны

13 )828) 12 следует иэ оиислнобеспечено достлточзначение b как

HOI (t М!!жк. T ObITh но малым (К„ „к„К,К,„u, т К „к Г,т)к К„,Е.„, 1, Е„ „л1, Г i -„ - т )- - --т t т + ) Г

<К„,к„„к,К,„О„т К„„К„„Г,т) к, к,. Е„ ),.r„„,», Г, (-,--.t,j-- — ".

)з, 1. ук tt !то tt bY о y чк !н чк —,(U -0 ) О г 18) UxcB+

К К +К,) К К К Т где k P, со<>твс тстненно ка эффиииент вт Е передачи и напряжение смещения лктивног о двухполупериодного вьгпрямите— ля, выступающего в качестве функционального преобразователя 11; остаточная погрещность от

2 неполного подавления составляющей U, (t), равная 10

Окончательный результат преобразователя при этом вычисляется посредством микроЭВМ 24 по формуле

При преобразовании среднего значения преобразуемого напряжения U„(t) в качестве функционального преобра- 35 зователя 11 выступает простая перемычка. Преобразование выполняется аналогично преобразованию действующего и средневыпрямпенного значений преобразуемого напряжения U,(t). При 40 этом в течение интервалов времени

ht входящих в соответствующие цикт лы преобразования, осуществляется усреднение методом весовой функции напряжений, прямо пропорциональных 45 соответственно значениям U„(t), U,„ . и

Согласно определению, постоянная составляющая преобразуемого напряжения Utt(t) равна его среднему значению U à его переменная составляю—

xc. т! щая, которую обозначим Г (С), подавляется в процессе усреднения методом весовой функции при нулевом ослаблении постоянной составляющей. 55

Преобразование среднего значения преобразуемого напряжения U„(t) имеет следующую особенность. Значение U„, t

5 тк,к, к, t, t,„) / к, t l„jtldt, t>tt в отличие от U u U может быть клк положительным, тлк и отрицатель— ным.

В cIIH3H с этим выходное напряжение интегратора 18 в конце соответствующего интервала времени Lt (г1те1 чение которого происходит усреднение напряжения, прямо пропорционального значению U (t) может быть как отрицательным, так и положительным. Для обеспечения условий разряда интегратора 18 по окончлнгги соответствующего интервала времени,1t в устройстве к первому входу усилителя 9 в соответствующий момент времени подключается первое опорное напряжение Ub1 (при отрицательном выходном напряжении интегратора 18 по окончании соответствующего интервала времени It t, ) или второе опорное напряжение — U Ä (в противоположном случае). При этом полярность выходного напряжения интегратора 18 по окончании интервала времени g t оценивается блоком 21 по1 средством анализа состояния выхода компаратора 20 в соответствующий момент времени.

Тогда, по аналогии с преобразованием действующего и средневыпрямленного значений преобразуемого напряжения U (t), с учетом того, что абсолютХ ные значения первого и второго опорных напряжений U è -U, равны, при преобразовании среднего значения напряжения Uy,it) промежуточные результаты преобразования и,и и и", равны

12 2328 1

14!

Vll P

1 п 1 — к„„к.„к,„,„u., - к„, e„,„- eÄ, 5 где <, — остаточная погрешносчь от неполного подавления переменной составляющей преобразуемого напряжения U (t), и,"(t), которая ранна

1.с

К „,K„.Ê,„U„T К, ° К„,Р „,1 ° Г

i=1 л

2 го

-к к к к и к- аО Ь2 О1 4К 4К

t.

2ъ

b,=k к,„к,„к,+(K).,U„ ttldt idol

1=1 -1 ее значение также может быть обеспе10 чено достаточно малым, 1 км

„,Д, ° 1,(— -д )— I и

Г 21) 1

К 2

4 д3,}1i,= f (22) к г -е -e

Чк bn 2к

8, + хс п

4 4к, 2 . а, ь*к

«к . 1 ак 1 Ьк (.1о1

Окончательный результат преобра20 зования при этом вычисляется посредством микроЭВМ 24 по формуле

1II |

Н" = „, - 0 . К1 25

Блок 21 осуществляет синхрониза-- 30 лию работы устройства и работает следующим образом.

Первый и второй генераторы импульсов 26 и 27 осуществляют генерацию импульсных напряжений соответственно U u U . Период Т импульсного напряжения U3 должен бьггь обеспечен стабильным, что необходимо для обеспечения высокой точности аппроксимации весовой функции 2(t). Это может быть достигнуто, например, включением кварцевого резонатора во времяэадающую цепь второго генератора 27 прямоугольных импульсов.

Одновибратор 28 генерирует, по перепаду напряжения на его входе из нупевого в единичное состояние, импульс длительностью г. — г.. прямой или инвертированной полярности соответственно на прямом или инверсном выходах. Данный импульс определяет длительность начальной установки, а также поступает на второй вход микроЭВМ 24 и на третий вход преобразова— тепя 23.

Все формирователи коротких импульсон, иенс пьзуемые в блоке 21, генерипчккт короткий импу21ьс 1TH TTpT2ò11ðê ганной полярности на вьгходе при перепа— де напряжения «а входе из нулевого в единичное состояние. Все используемые в блоке 21 RS-триггеры устанавливаются в единичное (нулевое) состояние импульсами инвертированной полярности соответственно на их входах

S(R). Блок 36 имеет единичное состояние выхода при равенстве кодов на обеих группах его входов, и нулевое в противоположном случае.

Посредством первого D-триггера 29 и второго формирователя 31 осуществляется формирование на выходах первого D-триггера 29 импульса, длительность которого равна интервалу времени от конца начальной установки до прихода первого после ее окончания импульса, определяемого напряжением

U . Данный импульс поступает на тре3 тий вход микроЭВМ 24. По его окончании посредством первого D-триггера 29, второго 33 и третьего 39 RSтриггеров, третьего элемента И 34, счетчика 35, блока 36, третьего 38 и четвертого 37 формирователей, первого элемента И-НЕ 40 и первого инвертора 4 1 осуществляются формирование импульса длительностью д „ на выходе первого инвертора 4 1, а также подача импульсного напряжения к1. с выхода третьего элемента 34 на управляющий вход регистра 14 в течение интервала времени ht, . При этом введением первого формирователя 30 и первого элемента И 32 осуществляется установка в нулевое состояние второго 33 и третьего 39 RS-триггеров в начапе каждого цикла ." бразова15 ния. Те» самым устраняется влияние возможных ложных срабатываний КЯтриггеров 33 и 39 по включении питания «а дальнейшую работу устройства.

Введение первого элемента И-HF. 40 устраняет одновременное подключение первого входа усилителя 9 к нулевой шине и к преобразуемому напряжению, что может иметь место при сбоях, могущих возникнуть, например, по вклю- О чении питания.

На четвертом 42, пятом 43 и шестом 44 элементах И реализован распределитель импульсов. Первые входы элементов И 42 — 44, объединенные вмес- 15 те, служат сигнальным входом данного распределителя импульсов, а вторые их входы — его управляющими входами. Таким образом, в зависимости от состояния первого, второго и тре- 2б тьего управляющих выходов микроЭВМ 24 (которое может оставаться неизменным в течение всего текущего цикла преобразования) осуществляется подача в течение интервала времени at, вхо-25 дящего в текущий цикл преобразования, импульса на управляющий вход ключей 5, 4 и 8. Тем самым в течение данного цикла преобразования осуществляется, по команде от микроЭВМ 24,3р преобразование напряжений V„(t), V,„ или U .

По окончании интервала времени at, посредством пятого формирователя 48 четвертый RS-триггер 50 устанавли- Ç5 вается в единичное состояние. Одновременно посредством второго D-триггера 56, седьмого 57 и восьмого 58 логических элементов И и элемента 59 осуществляется подача напряжений логической единицы на управляющий вход второго 4 или третьего 7 ключа соответственно при единично» или нулевом состоянии выхода компаратора 20 по окончании интервала времени gt 45

1 (т. е. соответственно при отрицательном или положительном выходном напряжении интегратора 18 по окончании интервала времени д ) . Тем самым

1 обеспечиваются условия разряда инте- 5О грЬтора 18 при преобразовании среднего значения. После фиксации компаратором 20 равенства нулю выходного напряжения интегратора 18 четвертый

RS-триггер 50 сбрасывается выходным импульсом шестого 46 или седьмого 47 формирователя коротких импульсов (в зависимости от того, было ли вы ходно» напряж вне ll!i Гс I ратi>JG" 18 по окончании интервала времени at

1 положительным или отрицательным ..

При этом на один из входов второго элемента И 49 (через который и»пульсы сброса поступают на вход R RSтриггера 50) поступает выходной импульс первого формирователя 30. Это обеспечивает сброс RS-триггера 50 в начале каждого цикла преобразования, что устраняет влияние сбоев (например, по включении питания) на дальнейшую работу устройства.

Выходное напряжение RS-триггера 50, который, таким образом, находится в единичном состоянии от конца интервала времени Й, до момента фиксации компаратором 20 равенства нулю выходного напряжения интегратора 18, поступает на управляющий вход усилителя 17, на второй вход преобразователя 23 и на четвертый вход микроЭВМ 24.

По сбросу RS-триггера 50 из единичного состояния в нулевое первый

RS-триггер 54 устанавливается в единичное состояние посредством восьмого формирователя 51, третьего инвертора 52, а также второго элемента

И-НЕ 53, который введен для устранения возможности одновременного прихода импульсов на входы S u R первого RSтриггера 54 (что может иметь место по включении питания). По окончании цикла преобразования RS-триггер 54 сбрасывается. При этом с помощью третьего элемента И-НЕ 55 осуществля-. ется формирование управляющих напряжений для ключа 6, блоков 10 и 19.

Посредством микроЭВМ 24 в данном устройстве выполняется формирование весовой функции (t), вычисление окончательного результата преобразования, а также управление подключением кпервому входу усилителя 9 одного из трех напряжений (преобразуемого напряжения U (t), первого П„ или второго ,U опорных напряжений) в течение соответствующего интервала времени at, . Основу микроЭВМ 24 составляют блок 63, центральный процессор 64 и ПЗУ микрокоманд 61. Блок 63 микропрограммного управления, например, реализованный на микросхеме К589

ИК01, выполняет функции управления последовательностью выбора микрокоманд из ПЗУ 61. При этом могут осуществляться условные переходы в зависимости от состояния объединенных

17 1233283

l8 третьего и четвертого в))ходов цент- функциопального прео ральногo процессора 64, второго, пряжения и соединен третьего и четвертого входов микро- го ус.илителя, второи

ЭВМ 24. Эти состояния анализируются рекции нуля является блоком 63, поступая на er о пятьгй третий вход соединен вход через управляемый программно дом блока управления первый и второй вход ультипчексор 65. динены соответствен

Формула изобретения

Центральный процессор 64, выполнен- „ ный, например, на центральных процессорных элементах К589 ИКО2 осуществляет, в соответствии с кодом на его четвертых <входах, запись данных с первых входов микроЭВМ 24 или из ПЗУ 66, арифметические и логические операции над данными, хранение промежуточных результатов преобразований в его регистрах, выдачу окончательных результатов преобразований на информационные выходы микроЭВМ 24, а также адлесацию ПЗУ 66.

Рабочая программа микроЭВМ 24 хранится в ПЗУ 61. Код микрокоманды снимается с вьгходов ПЗУ 61. При этом микрокоманда содержит стандартное поле (разряды с 0-го по 17-й<) и поле пользования — остальные разряды, посредством которых осуществляют логические функции, необходимые в данном варианте построения и использо30 вания микроЭВМ 24: функции маскирования, управления внешними устройствами, определения старших r+1 разрядов адреса следующей микрокоманды и управления мультиплексором 65. Ад — З5 ресация ПЗУ 61 осуществляется посредством блока 63 и регистра 62.

В ПЗУ 66 хранятся коды, обеспечиваюгцие соответствующие значения k,, коэффициента деления управляемого делителя 1? напряжения, а также знаратор 60 осуществляет синхронизагГггю работы микроЭБМ 24.

1.Лнаггого-цифровой преобразователь интегральных характеристик напряжеЙий, содержаший первый источник опорного напряжения, первый регистр, пер->0 вый кчн)ч, вход которого является вхоцной ши)1ой, уггравляю)1Гий вход с оедпнен с первым выходом блока управления, а выход первого ключа сс единен с первым входом первого усилителя, В" OPnff If VO)t tС>)1И)<ЕН С ВЫ кодо«1 б)гок t I

I f ); < r! > f< r r r n f» > Г () n Pr l. (> JT f f Н Е t t r « " r n r I бразоват-: гя нас Выходом t< pBo вход блока коробщей шиной, с вторым выхоинтегратор, ы которого соено с первым и вторым выходами блока разряда интегратора„ вход которого соединен с третьим выходом блока управления, компаратор, первый вход которого является общей шиной, а выход соединен с первым входом блока управления, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом преобразователя время — код, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения преобразования напряже ия сложной формы, в него введены со второго по пятый ключи, второй и третий источники опорного напряжения, второй усилитель, управляемь<й делитель напряжения, повторитель напряжения, второй и третий регистры, инвертор, микроЭВМ, первые входы которой соединены с соответствующими выходами преобразователя время— код, )зторой, третий и четвертый входь1 — соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами блока управления,, первьгй, второй и третий управляющие выходы — соответственно с вто. рым, третьим и четвертым входами блока управления, четвертый и пятый управляющие выходы — соответственно с упра.вляюшими входами второго и первого регистров, информационные входы первого и второго регистров гг<)разрядно объединены и соединены

С СOOTBeòÑòÂÓÞL<гходными хгинами, выходы второго регистра соединены с соответствующими входами третьего регистра, управляющий вход которого соединен с седьмым выходом блока управления, а выходы третьего регистра соединегн1 соответственно с поразрядно объединен«ыми входами инвертора и первыми входами управляемого делителя напряжения, вторые входы которого соединены с соответствующими пыходамп и)гвертсра, третий вход управ..Гяемого делителя напряжения с <)едине« с выходом функцио«аль«ого г)реобраз()в«толя If «ftt»f)f"<>.1111я а вых(>л чер п<)с)1едnг<а Г и!f l>«n < :>(1« <(1 Н Itf I< Гf< < r<Т<)г) <1—

12ЗЗ28З

20 тепь напряжения и Второй ус>и!ите. ь соединен с третьим входом интсграто— ра, выход которого соединен с вторым входом компаратора, первь1й вход первого усилителя соединен с объединенными выходами с второго по пятый ключей, входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего источников опорного напряжения и общей шиной, а управляющие 10 входы с второго по пятый ключей и второго усилителя соединены соответственно с восьмого по дВенадцатый выходами блока управления, тринадцатый и четырнадцатый выходы которого соединены соответственно с вторым итретьим входами преобразователя время — код.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на двух генераторах импульсов, одновибраторе, двух

D-триггерах, восьми формирователях коротких импульсов, четырех RS-триггерах, счетчике импульсов, блоке сравнения, трех инверторах, элементе ИЛИ, восьми элементах И, трех элементах И-НЕ, причем выход первого генератора импульсов соединен с вхо— дом одновибратора, прямой выход которого соединен с входом первого формирователя коротких импульсов и является четвертым и четырнадцатым выходами блока управления, а инверсный выход соединен с объединенными входом второго формирователя коротких импуль35 сов и первыми входами первого, второго и третьего элементов И-НЕ, выход первого формирователя, коротких импульсов соединен с объединенными пер40 вым входом первого элемента И, входом сброса счетчика импульсов и первым входом второго элемента И и R-входом первого RS-триггера, второй вход первого элемента И соединен с выходом

45 третьего формирователя корот„их импульсов, а выход первого элемента И соединен с объединенными R-входами второго и третьего RS-триггеров, S-вход второго RS-триггера объединен

50 с S-входом первого D-триггера и соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого объединен со вторыми входами первого и третьего элементов И-НЕ, соединен с инверсным выходом первого D-триггера и является пятым выходом блока уиргвл . и », тр тий вход третьего элемента И ob>, цинен с С-входом первого D — триггег я и соединен с выходом второго генератора импульсов, выход третьего элемента И соединен со счетным входом счетчика импульсов и является седьмым выходом блока управления, группа выходов счетчика импульсов соединена соответственно с первыми входами блока сравнения, вторые входы которого являются шинами установки опорного кода, первый выход группы выходов счетчика импульсов через четвертый формирователь коротких импульсов соединен с S-входом третьего RS-триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого элемента

И-НЕ, четвертый вход которого объединен с третьим входом третьего элемента И-НЕ и соединен с инверсным выходом первого RS-триггера, выход первого элемента И-НЕ соединен с объединенными входами первого инвертора, пятого формирователя коротких импульсов и С-входом второго D-триггера, выход первого инвертора соединен с объединенными первыми входами четвертого, пятого и шестого элементов И, вторые входы которых являются соответственно вторым, третьим и четвертым входами блока управления, выход четвертого элемента И является первым выходом блока управления, выход пятого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход шестого элемента И является десятым выходом блока управления, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом седьмого элемента И, а выход элемента ИЛИ является восьмым выходом блока управления, первый вход седьмого элемента И объединен с первым входом восьмого элемента И, соединен с прямым выходом четвертого RS — òðèããåðà и является шестым, двенадцатым и тринадцатым выходами блока управления, второй вход седьмого элемента И соединен с прямым выходом второго D-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом восьмого элемента И, D-вход второго D-триггера объединен с входом второго инвертора и шестого формирователя коротких импульсов и является первым входом блока управления, выход восьмого элемента И является девятым выходом блока управления, выход второго инвертора через седьмой формирователь коротких им?!

1233283 пульсое3 соепинен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом шестого формирователя коротких импульсов, а выход второго элемента И соединен с R-вхо- ."> дом четвертого RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом пятого формирователя коротких импульсов, инверсный выход четвертого RS-триггера через последовательно соединенные восьмой формирователь коротких импульсов и третий инвертор соединен с вторым входом второго элемента

И-НЕ, выход которого соединен с S-входом первого RS-триггера, выход блока 15 сравнения соединен с входом третьего формирователя коротких импульсов, Р-вход первого D — триггера является общей шиной, а выход третьего элемента И-НŠ— соответственно вторым, 20 третьим и одиннадцатым выходами блока управления.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что микроЭВМ выполнена на генераторе тактовых 25 импульсов, двух постоянных запоми— наюших устройствах, регистре, мультиплексоре, блоке микропрограммного управления и центральном процессоре, первые выходы которого являются: ин- 3п формационными выходами микроЭВМ, вторые выходы соединены соответственно с входами первого постоянного запоминающего устройства, первые входы центрального процессора являются первыми входами микроЭВМ, вторые входы соединены с первыми выходами пер,вого постоянного запоминающего устройства, третьи входы объединены с соответствующими первыми входами блока д, микропрограммного управления и соедине ны с соответс T 9)" ющими Вт ciphfMH выходами первого постоянного запоминающего устройства, четвертые входы соединены соответственно с. первыми выходами второго постоянного запоминающего устройства, пятый вход объединен с вторым входом блока микропрограммного управления и управляющим входом регистра и соединен с выходом генератора тактовых импульсов, шестой вход соединен с вторым выходом второго постоянного запоминающего устройства, третьи и четвертые группы выходов которого соединены соответственно с третьей и четвертой группами входов блока микропрограммного управления, с пятого по цевятый выходы второго постоянного запоминающего устройства являются соответственно с первого по пятый управляющими выходами микроЭВМ, десятый и одиннадцатый выходы соединены соответственно с первым и вторым входами мультиплексора, двенадцатые выходы второго постоянного запоминающего устройства через регистр соединены с соответствующими своими первыми входами, а вторые входы соединены с соответствующими первыми выходами блока микропрограммного управления, пятый вход которого соединен с выходом мультиплексора, второй выход блока микропрограммного управле— ния соединен с объединенными седьмым и восьмым входами центрального процессора, третий и четвертый выходы которого объединены и соединены с третьим входом мультиплексора, четвертый, пятый и шестой входы которого являются соответственно вторым, ретьим и четвертым входами микроЭВМ.

1233283

Фиг.2

1233283 9 Im 2ч УЛ У " У()

0 0 У

6 щ 2 0(26 л 1) V(ggiZn<1) Составитель А.Титов

Редактор А.Сабо Техред О .Сопко Корректор C-Черни .Заказ 2782/57 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4