Функциональный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники; Функциональный аналого-цифровой преобразователь содержит коммутатор штульсов, реверсивный счетчик, блок передачи импульсов, функциональный цифроаналоговый преобразователь, буферный регистр, выходной сз мирующий счетчик, триггер знака, компаратор и блок управления, содержащий детектор фронтов, триггеры, генератор импульсов, элементы И и ИЛИ,элементы запрета, элементы задержки,управляемый делитель частоты и дешифратор сигнала сброса. Расширение области применения достигается за счет возможности работы преобразователя в режимах нелинейного преобразования аргумента, формирования разности нелинейных преобразований аргумента , а также обеспечения однократного и периодических режимов работы. 2 э.п. ф-лы. 5 ил. р (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11) (б1) 4 .С 06 G 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3890648/24-24 (22) 24.04.85 (46) 30.09.86.Бюл. № 36 (71) Харьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт радиоэлектроники им.акад. N.Ê,ßíãåëÿ и Изюмский приборостроительный завод им. Ф.Э.Дзержинского (72) Г.А.Калинин, Л.А.Браилко, В.Н.Гурко, И.Ф.Огороднейчук и А.А.Чистюхин (53) 681 ° 335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 388361, кл. Н 03 К 13/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 567203, кл. Н 03 К 13/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 598067, кл. G 06 G 7/26, G 06 3/00, 1976.

Гитис Э.И., Пискулов Е.A. Аналого-цифровые преобразователи. — М.:

Энергоиздат, 1981, с.255-257, рис.6.14. (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЬП1 АНАЛОГО-ЦИФРОВО11

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники; Функциональный аналого-цифровой преобразователь содержит коммутатор импульсов, реверсивный счетчик, блок передачи импульсов, функциональный цифроаналоговый преобразователь, буферный регистр, выходной суммирующий счетчик, триггер знака, компаратор и блок управления, содержащий детектор фронтов, триггеры, генератор импульсов, элементы И и ИЛИ,элементы запрета, элементы задержки,управляемый делитель частоты и дешифратор сигнала сброса. Расширение области применения достигается за счет возможности работы преобразователя в режимах нелинейного преобразования аргумента, формирования разности нелинейных преобразований аргумента, а также обеспечения однократного и периодических режимов работы. 2 з.п. ф-лы. 5 ил.

1260979

55

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к функциональным преобразователям напряжения в код, работа которых основана на уравновешивании входного напряжения развертывающим ступенчатым напряжением.

Цель изобретения — расширение области применения путем вычисления разности нелинейных преобразований в однократном и периодическом режимах, На фиг. 1 изображена блок-схема функциональноrо аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 . — схема блока управления; на фиг. 3 — схема коммутатора импульсов; на фиг, 4 схема блока передачи импульсов; на фиг. 5 — схема функционального цифроаналогового преобразователя.

Функциональный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит блок 1 управления, коммутатор 2 импульсов, реверсивный счетчик 3, блок 4 передачи импульсов, функциональный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, буферный регистр 6, выходной суммирующий счетчик 7, триггер 8 знака, компаратор 9, шину 10 выходного кода, шину ll ввода входного напряжения, входную шину 12 выбора режима работы преобразователя, входную шину

13 признака кратности преобразователя, входную шину запуска (шина ПУСК) и шину останова (шина СТОП) преобразователя.

Блок 1 управления состоит из детектора 14 фронтов, RS-триггеров 15—

17, генератора 18 импульсов,.элементов ИЛИ 19 — 21, элементы И 22 — 24, элементов 25 и 26 задержки, элементов 27 — 29 запрета, дешифратора 30 сигнала "Сброс" и управляемого делителя 31 частоты, причем позициями

C01 — С08 обозначены соответствующие выходы блока 1 управления.

Коммутатор 2 импульсов содержит элемент 32 запрета, элементы И 33 и

34 и элемент ИЛИ 35.

Блок 4 передачи импульсов (фиг. 4) образуют элемент ИЛИ 36, элемент 37 импликации и элемент И 38.

Функциональный ЦАЛ 5 содержит регистр 39 установки кода адреса, регистры 40 и 41 установки кода числа, группу элементов ИЛИ 42, перепрограммируемый блок 43 памяти, ЦАП

44 — 46, выходной сумматор 47

2S

45 и шину 48 управления перепрограммируемым блоком памяти.

Функциональный АЦП работает следующим образом.

Режим нелинейного преобразования входного напряжения.

В данном режиме на входной шине

12 действует двоичный сигнал R = О, а на шину 11 подано входное напряжение U . Пусть на входной шине 13 действует сигнал "0" означающий однократное преобразование. Непосредственно перед началом работы устройства подается сигнал Общий сброс",который устанавливает в исходное нулевое состояние реверсивный счетчик 3, буферный регистр 6, выходной суммируюи1ий счетчик 7, триггер знака 8, а также управляемый делитель 31 частоты и триггеры 15-17 (цепи подачи сигнала "Общий сброс" на фиг.1 и 2 не показаны).

Кратковременный импульс Пуск проходит через элемент ИЛИ 19 и устанавливает в "1" триггер 15. Поскольку напряжение обратной связи U

О с выхода функционального ЦАП 5 в момент начала преобразования равно нулю, то состояние компаратара 9 определяется соотношением U O, Если

Бх ) 0 то выходной сигнал компаратора SGN = 1, в противном случае SGN =

= О. По переднему фронту импульса с выхода триггера 15 (управляющий сигнал С01) осуществляется ввод состояния компаратора в триггер 8 знака, который представляет собой синхронизируемый по переднему фронту D-триггер (триггер-защелку). "1" с выхода триггера 15 открывает элемент И 22 с выхода которого (С02) поступают счетные импульсы на вход коммутатора 2 импульсов, Поскольку триггер 16 остается в нулевом состоянии, то его выходной сигнал С04=1. Это значит, что счетные импульсы проходят через элемент 32 запрета и элемент ИЛИ 35 и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 3. Эти же импульсы поступают на вход элемента И 36, входящего в состав блока 4 передачи импульсов, Поскольку на выходе элемента 37 импликации формируется "1", счетные импульсы проходят через элемент И 38 и поступают на выходной суммирующий счетчик 7.

Заполнение счетчиков 3 и 7 происходит до тех пор, пока напряжение обз 1 2609 ратной связи не уравновесит входное напряжение. Как только U < 1 >,,ком—

oc паратор 9 меняет свое состояние на противоположное. При этом детектор

14 фронтов вырабатывает сигнал, кото- рый, проходя через элемент ИГП1 20, устанавливает в "О" триггер 15. Нулевой сигнал этого триггера закрывает элемент И 22, поэтому подача счетных импульсов прекращается. В счетчиках 10

3 и 7 формируется код, связанный определенной нелинейной зависимостью с входным напряжением. В устройстве окончание процесса преобразования сопровождается формированием сигнала 15 готовности (ГТ=1). С этой целью импульс с выхода детектора 14 фронтов проходит через элемент 28 запрета, а также элемент ИЛИ 21, после чего воздействует на вход установки в 1" 20 триггера 17. Последний вырабатывает сигнал ГТ=1 (выход С06 блока 1), который является признаком того, что возможно считывание в магистральные шины кода с выходных шин 10 счетчи- . 25 ка 7 и инверсного выхода триггера 8 знака. Кодировка знака напряжения производится по известному правилу: положительному напряжению соответствует "0", отрицательному — 1

В режиме многократного нелинейного преобразования на входной шине

13 действует сигнал "1" и работа устройства протекает в такой последовательности.

После появления сигнала "Пуск" = 1 включается в работу управляемый дели. тель 31 частоты, который уменьшает входную частоту непрерывной генерации таким образом, чтобы период сле- 40 дования импульсов с выхода делителя

31 был не менее наибольшей длительности преобразования. После окончания первого цикла преобразования первый импульс с выхода делителя 31 про-4 " хо ит на выход С07 через дешифратор

30 сигнала "Сброс", который устанавливает в "0" триггер 17 (при этом

ГТ = О), подтверждает состояние триггеРа 16, формирует импульс на выходе

С08 элемента 27 запрета, который обнуляет реверсивный счетчик 3, а также обнуляет выходной суммирующий счетчик 7.

Сигнал "Сброс" поступает на вход элемента 25 задержки и через некоторую задержку, проходя элемент ИПИ 19, устанавливает в "1" триггер 15, на79

4 чиная тем самым второй цикл преобразования„ и так далее.

Выход из режима многократного нелинейного преобразования происходит при подаче кратковременного сигнала Стоп", который консервирует состояние делителя 31 и, проходя через элемент ИЛИ 20, устанавливает в "0" триггер 15. прекращая тем самым формирование счетных импульсов на выходе С01.

Режим работы устройства с фотометрическими датчиками информации.

В режиме однократного преобразования на входной шине 13 действует

"0", а R = 1 ° Работа устройства про- текает в две стадии. На первой стадии на шине 11 действует, напряжение начала отсчета Ut, (для примера

U ) О). Непосредственно перед запуском устройства формируется сигнал

"Общий сброс", действие которого описано выше. Фактически первая стадия процесса преобразования начинается при подаче сигнала Пуск". По переднему фронту импульса с выхода триггера 15 осуществляется опрос состояния компаратора 9 и запись этого состояния в триггер 8. Счетные импульсы с выхода 002 через коммутатор импульсов 2 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 3.

Поскольку сигнал с выхода С04 равен

"0", на выходе логического элемента

37 формируется "О", который закрывает элемент И 38, вследствие чего поступления импульсов в выходной суммирующий счетчик 7. не происходит.

По мере заполнения реверсивного счетчика 3 возрастает напряжение U с выхода ЦАП 5, Когда Uqq U на выходе компаратора 9 вырабатывается нулевой сигнал, в результате чего детектор 14 фронтов выдает кратковременный положительный импульс, который, проходя через элемент ИЛИ 20, устанавливает в "О" триггер 15,прекращая поступление счетных импульсов; проходя через элемент запрета 29 на выход С03, воздействует на вход разрешения записи (вход Е) буферного регистра 6, вследствие чего выходной код реверсивного счетчика 3 записывается для хранения в буферный регистр 6; поступает на вход элемента

26 задержки, с выхода которого через открытый элемент И 23 воздействует на вход установки в "1" триггера 16, S 12609 который на своем выходе С04 вырабатывает сигнал S = 1 окончания первой стадии преобразования.

Во второй стадии второго режима на шину ll подают измеряемое напряжение U< (для примера Ц„ О), и включают устройство в работу путем подачи импульса по шине ПУСК. По перед нему фронту импульса с выхода COI в триггер 8 знака записывается состоя- Io ние компаратора 9, определяемое соотношением напряжений П.„ и Ц = 0„ по с еду ще у правилу: ес- U„ ) UQf записывается "1", если U U«, записывается "0". 15

Счетные импульсы с выхода С02 поступают на вход коммутатора 2 импульсов и распределяется следующим образом: если выходной сигнал компаратора SGN = 1, через элемент И 33 и 20 элемент ИЛИ 35 (см.фиг.3) счетные импульсы проходят на суммирующий вход реверсивного счетчика 3, в противном случае (БСН = О) счетные импульсы поступают на вычитающнй вход ревер- 25 сивного счетчика 3.

Каждый импульс, поступивший в реверсивный счетчик, через блок 4 передачи импульсов записывается также в выходной суммирующий счетчик 7. зо

В общем случае с каждым поступившим в реверсивный счетчик импульсом уменьшается рассогласование между напряжениями U„ и Uù, Когда компа.— ратор 9 изменяет свое состояние на. противоположное, на выходе детектора фронтов 14 формируется . импульс, который, проходя через элемент ИЛИ 20, сбрасывает в "0" триггер 15 вследствие чего закрывается элемент И 22; проходя через открытый элемент И 24, воздействует с выхода С05 на вход управления установкой кода (вход Е) реверсивного счетчика 3, вследствие чего код начала отсчета с выходов бу- 45 ферного регистра 6 переписывается в реверсивный счетчик 3; проходя через элемент И 28, а также элемент ИЛИ 21, воздействует на вход установки в "I" триггера 17, который на .своем выходе

С06 вырабатывает сигнал готовности

ГТ=1 к считыванию кодов с выходных шин 10 и инверского выхода триггера знака 8. На этом однократное преобразование информационкых сигналов фотометрического датчика заканчивает55 ся.

11ри многократном преобразовании работа устройства протекает в следую79 Ь щен последовательпости. На первой стадии преобразования формируется код начала отсчета аналогично формированию кода при однократном преобразоваHHH сигналов фотометрических датчиков. После появления S = на выходе

С04 блока I на шину 11 подается измеряемое напряжение U, на шину 13 сигнал "1", который является признаком многократного преобразования.При подаче сигнала "Пуск" вначале формируется знаковый разряд в триггере 8.

Кроме того, включается в работу делитель 31 и дешифратор 30 сигнала

"Сброс", Последний формирует на выходе С07 сигнал, сбрасывающий в "0" триггер 17, на выходе С06 которого вырабатывается сигнал ГТ=О; обнуляющий выходной суммирующий счетчик 7; проходя через элемент 25 задержки и элемент ИЛИ 19, устанавливающий в

"1" триггер 15, начиная новый цикл преобразования, и т.д.

Выход из режима многократного преобразования производится при подаче кратковременного сигнала "Стоп

Работа и программирование функционального ЦАП.

Чтобы обеспечить требуемое функциональное соотношение выходного кода к входного напряжения, необходимо соответствующим образом настроить (запрограммировать) функциональный

ЦАП 5. Его основной частью является перепрограммируемый блок 43 памяти, включающий в себя совокупность заломинающих ячеек, снабженных схемами адресации, стирания, записи и считывания информации. Регистры 39-41 установки кодов являются тумблерными, кнопочными и т.п.

Работа устройства основана на кусочно-линейной аппроксимации нелинейной функции с равномерным разбиением области определения функции.

ЦАП 5 имеет два режима: режим прог- раммирования (настройки) и рабочий режим, причем режим настройки всегда предшествует рабочему режиму. Основанием для настройки является таблица аппроксимации исходной функциональной зависимости, в которой для каждого j-ro интервала аппроксимации

0 (I<

7 126 старших разрядов реверсивного счетчика 3 соединяются с соответствующей группой входов группы 42 элементов

HjIH. Остальные тп младших разрядов реверсивного счетчика 3 подключают к цифровым входам преобразователя 46.

Непосредственно перед началом настройки осуществляется установка в 0 регистров 39-41 и реверсивного счетчика 3. Настройка осуществляется сле-1О дующим образом. Управляющими сигнала-! ми по шине 48 управления перепрограммируемый блок 43 памяти переводится в режим записи кодов. Код адреса первой ячейки, записанный в регистре 39, 15 проходя через группу элементов ИЛИ

42, воздействует на адресные входы блока памяти 43. На регистрах 40 и 41 установки кодов 40 и 41 устанавливают кодовые значения начальной ординаты и углового коэффициента аппроксимирующей прямой, которые после подачи исполнительного сигнала записи по шине 48 записываются в первую ячейку. Затем переходят к записи информа- 25 ции во вторую ячейку блока памяти, для чего увеличивают на единицу адресный код в регистре 39 установки кода адреса, после чего аналогично изложенному записывают во вторую ячейку памяти коды начальной ординаты и углового коэффициента, относящиеся к второму интервалу аппроксимации, и т.д. до тех пор, пока в блок памяти не запишутся коды всех коэффициентов ап35 проксимации.

В рабочем режиме сигналом по шине 48 перепрограммируемый блок 43 па- мяти переводится в режим считывания, а регистры 39-41 обнуляются. При ра40 боте .реверсивный счетчик 3 заполняется счетными импульсами. Старшие разряды реверсивного счетчика указывают адрес ячейки блока памяти (через группу 42 элементов ИЛИ), в то время как младшие разряды кода преобразуются в пропорциональное напряжение, воспроизводящее приращение Ь х аргумента (Оьх ах ). После считывания из блока памяти информации по за- 5О данному адресу код начальной ордина:ты воздействует на цифровые входы преобразователя 44, а код углового коэффициента — на цифровые входы множительного преобразователя 45.Таким образом, на выходе выходного сумматора 47 воспроизводится аппроксимирующая функция.

q(hx) =а + b bx, где а и b — соответственно началь1 ная ордината и угловой коэффициент аппроксимирующей прямой на 1-м интервале аппроксимации.

Таким образом, предлагаемый функциональный АЦП может работать в режиме традиционного нелинейного преобразования, в режиме, позволяющем. получить код относительной оптической плотности фотоматериалов при работе с фотометрическими датчиками информации, в режиме однократного преобразования, характерного для цифровых вольтметров и в режиме многократного преобразования, типичного для совместнои работы с ЭВМ.

0979

Формула изобретения та и входом первого элемента задержки, подключенного выходом к первому входу первого элемента KIN соединенного выходом с входом установки в "1" пер1. Функциональный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, соединенный первым входом с шиной входного напряжения, а вторым входом — с выходом функционального цифроаналогового преобразователя, выходной суммирующий счетчик и блок управления, содержащий генератор импульсов, первый триггер и первый элемент И, входы которого подключены к выходу первого триггера и выходу генератора импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет вычисления разности нелинейных преобразований в однократном и периодическом режимах, в него дополнительно введены коммутатор импульсов, реверсивный счетчик, буферный регистр, блок передачи импульсов и триггер знака, а блок управления содержит детектор фронтов, второй и третий триггеры, второй и третий элементы И, три элемента ИЛИ, три элемента зап-: рета, два элемента задержки, управляемый делитель частоты и дешифратор сигнала сброса, соединенный входами с входом признака кратности преобразователя, входом выбора режима работы преобразователя и выходом второго триггера, а выходом— с входом обнуления третьего триггера, прямым входом первого элемента запре1 2 > )с 7u

1О ного триггера, а вторым входом — с входом впуска преобра- зователя и первым управляющим входом управляемого делителя частоты, подключенного информационным входом к выходу генератора импульсов, а вторым управляющим входом — к входу останова преобразователя и первому входу второго элемента ИЛИ, соединенного выхо- 10 дом с входом обнуления первого триггера, а вторым входом — с выходом детектора фронтов, первым входом второго элемента И, прямыми входами второго и третьего элементов запрета и входом второго эпемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, соединенного вторым входом с входом выбора режима работы преобразователя и инверсными входами первого и второго элементов запрета, а выходом — с входом установки в "I второго триггера, подключенного входом обнуления к выходу первого элемента запрета,а выходом — к 25 инверсному входу третьего элемента запрета и второму входу второго элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента запрета; а выходом— к входу установки в "1" третьего триггерар выход которого является выходом сигнала готовности преобразователя, причем вход детектора фронтов соединен с выходом компаратора и информационным входом триггера знака, подключенного прямым выходом к первому управляющему входу коммутатора им-, пульсов инверсным выходом — к выхоЭ

40 ду знака преобразователя, а синхронизирующим входом — к выходу первого триггера, при этом коммутатор импульсов соединен информационным входом с выходом первого элемента И, вторым управляюшим входом — с выходом второ45 го триггера и первым управляющим входом блока передачи импульсов, первым выходом — с суммирующим входом реверсивного счетчика и первым сигнальным входом блока передачи импульсов, а .вторым выходом - с вычитающим входом .реверсивного счетчика и вторым сигнальным входом блока передачи импуль- сов, подключенного вторым управляющим входом к входу выбора режима ра- 55 ,боты преобразователя, а выходом — к счетному входу выходного суммирующе го счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом дешифратора сигнала сброса, при этом реверсивный счетчик подключен установочным входом к выходу буферного регистра, входом управления установкой кода — к выходу второго элемента И, входом обиуления — к выходу первого элемента запрета, а выходом — к цифровому входу функционального цифроаналогового преобразователя и информационному входу буферного регистра, вход разрешения записи кода которого соединен с выходом третьего элемента запрета.

r

2, Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что функциональный цифроаналоговый преобразователь содержит регистр установки кода адреса, первьп и второй регистры установки кода числа, перепрограммируемый блок памяти, три цифроаналоговых преобразователя, выходной сумматор и группу элементов ИЛИ, подключенных первыми входами к выходам разрядов регистра установки кода адреса, вторыми входами — к старшим разрядам цифрового входа функционального цифроаналогового преобразователя, а выходами — к адресным входам перепрограммируемого блока памяти, соединенного первой и второй группами входов записи кодов с выходами первого и второго регистров установки кода числа соответственно, входами разрешения записи и чтения — с шиной управления работой блока памяти, а первой и второй группами выходов разрядов — с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которых подключены к входам выходного сумматора, причем аналоговый вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с выходом третьего цифроаналогового преобразователя, подключенного цифровым входом к младшим разрядам цифрового входа функционального цифроаналогового преобразователя °

3. Преобразователь по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок передачи импульсов содержит элемент

И, элемент импликации и элемент ИЛИ, входы которого являются первым и вторым информационными входами блока передачи импульсов, а выход соединен с первым входом элемента И, выход которого является выходом блока переда12

1260979 ! 1 чи импульсов, а второй вход подключен к выходу элемента импликации,прямой и инверсный входы которого являются первым и вторым управляющим входами блока передачи импульсов соот.ветственно.

1260979 у $

Фыв. Ф

Составитель С.Казинов

Редактор Л.Пчелинская Техред И.Ходанич

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5234/51 Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4