Способ аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода и аналого-цифровой преобразователь с контролем выходного кода

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления в автономных аналого-цифровых преобразователях . Изобретение позволяет повысить достоверность результата контроля путем контроля точности выходного кода аналого-цифрового преобразователя . Это достигается тем, что контроль точности выходного кода I . JI - Уд1 г itl1П1- } I йп Ляг... Йяг-7 я2 И | П .ф ..--{---J Г Г if.c (Л ГО ;о ГчЭ СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 03 11 1/10

ОПИСАНИЕ HSQEPETEHMH

И АВТОРСИОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3939361/24-24 (22) 12.06.85 (46) 23.02.87. Бюл, Р 7 (71) Научно-производственное объединение .по радиоэлектронной медицинской аппаратуре, РЭМА" (?2) И.В. Рево (53) 681.325(088,8) (56) Бахтияров Г.Д. Аналого-цифровые преобразователи. -М,: Советское радио, 1980, с.229-230, Гитис Э,И. Преобразователи информа ни для электронных цифровых вычислительных устройств. -M,: Энергия, 1975, с.403-405, рис. 8-9..SU 12 МВ() А (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЧ С КОНТРОЛЕМ ВЫХОДНОГО КОДА

И АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С КОНТРОЛЕ>! ВЫХОДНОГО КОДА (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления в автономных аналого-цифровых преобразователях. Изобретение позволяет повысить достоверность результата контроля путем контроля точности выходного кода аналого-цифрового преобразователя, Это достигается тем, что контроль точности выходного кода

1292180 осуществляют после сравнения входного напряжения с напряжением допуска уравновенивания и при нахождении его в границах допуска уравновешивания запоминают компенсирующее напряжение, инвертируют выходной код, осуществляют,цифроаналоговое преобразование результата инвертирования, суммируют результат цифроаналогового преобразования с результатом запоминания, получают контрольное напряжение и сравнивают эталонное напряжение,, значение которого определяется максимальным значением преобразуемого входного напряжения, с напряжением контрольного допуска, верхнее граничное значение которого равно контрольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности, а нижнее — контИзобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления, в автономных аналого-цифровых преоб разователях.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля, На фиг,1 представлена функциональная схема устройства для реализации . 10 способа; на фиг,2 — функциональная схема блока контроля.

Устройство для реализации способа (фиг,1).содержит ключи 1 и 2, компа- ратор 3, аналоговое запоминающее уст- 15 ройство 4, и триггеров 5, блок 6 управления; ключ 7, цифроаналоговый преобразователь 8, коммутатор 9, блок 10 контроля, резисторы 11 и двухпозиционные ключи 12, сумматор

13, п элементов И 14, Блок 10 контроля (фиг.2) содержит элемент НЕ 15, элемент И 16, первый и второй триггеры 17 и 18, элементы

И 19 и 20, элемент И 21, элемент И

22, элемент НЕ 23, третий, четвертый, пятый; шестой, седьмой и восьмой триггеры 24, элемент И 25, элемент ИЛИ

26.

Блок 6 управления содержит генератор 27 импульсов, элемент И 28, рольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности АЦП, и принимают решение — выходной код годен при условии нахождения эталонного напряжения в границах напряжения контрольного допуска или выходной код не годен при условии выхода эталонного напряжения за границы напряжения контрольного допуска, В устройство для s реализации способа, содержащее компаратор З,п триггеров 5, и элементов

И 14, цифроаналоговый преобразователь 8, блок 6 управления, блок 10 контроля, введены два резистора 11, два двухпозиционных ключа 12, сумматор 13, три ключа 1,2,7, аналоговое запоминающее устройство

2 с.п. ф-лы и 3 з.п. ф-лы, 2 ила

2 регистр 29 сдвига. Цифроаналоговый преобразователь 8 содержит резисторы

30 и двухпозиционные ключи 31, Контроль выходного кода АЦП согласно предлагаемому способу проводится следующим образом.

Аналого-цифровое преобразование реализуется путем поразрядного урав-! навешивания входного напряжения

U> компенсирующим напряжением U, изменяющегося ступенями, и заканчивается, когда U„ — U<<(q(, где q ступень квантования. Контроль выполнения условия уравновешивания входного напряжения компенсирующим U„c(11„ +q, U< — с1)осуществляется посредством сравнения входного напряжения U c х напряжением допуска уравновешивания, верхнее граничное значение которого равно (11 < + q), а нижнее равно (Uq — q) . Причиной нарушения условия

U 6(l g+q 11;, с ) может быть как катастрофический отказ, так и перемежающийся отказ,, Поэтому при возникновении таких отказов принимается решение — выходной код не годен, Однако в АЦП имеют место также и дегра дационные отказы, характеризуемые ростом во времени инструментальной погрешности АЦП и не приводяшие к нарушению условия U„e.(11д+ 1, LI< -q), .1292180

В свою очередь причиной инструментальной погрешности АЦП служат несовершенства метрологических свойств компаратора 3 и цифроаналогового преобразователя 8, В связи с этим значение компенсирующего напряжения определяется выражением U„=q,Jx- „ где х — погрешность преобразования

АЦП входного напряжения, Контроль точности выходного кода

М АЦП осуществляется путем сравнеХ ния инструментальной погрешности АЦП с допуском погрешности 3 j . Для этого инвертируют выходной код АЦП М„, преобразуют код N x = I 2 — 1 -Nx (rye п — количество разрядов АЦ11) в напряжение U< = q"J„- „ (где 3„ †погрешность преобразования кода N ) ° Затем суммируют напряжение П и Г1„, получают контрольное напряжение U„», = 20

= Ч(2"-1)- („+В„) = U„— Г (где1-инструментальная погрешность АЦП), Контроль значения погрешности R c допуском погрешности АЦП 3 осуг:;еств—

1 ляют посредством сравнения эталонноп

ro напряжения U» = q(2 -1) с напряжением контрольного допуска (Ц„о + — О > служит критерием нахождения

1> погрешности 3 в допуске о

Процедура аналого-цифрового преобразования входного напряжения U и . контроля результата преобразования

N х описывается следующей операторной .формулой:

Работа устройства, функционирующего согласно данной формуле, производится в два этапа, На первом этапе осуществляется аналого-цифровое преобразование напРяжения U„ (îïåðà- 45 тор Ux Nx Àîðìóëû), а на втором этапе — контроль выходного кода АЦП

И„(все оставшиеся операторы формулы}, Первый этап работы устройства начинается с поступления сигнала "Пуск" 50 на его вход. При этом первый триггер

5 устанавливается в состояние "1", а все остальные триггеры 5 — в состояние "0, Одновременно сигнал запуска поступает на блок 10 и регистр

29, записывая "1" в его старший разряд. Блок 10 вырабатывает управляющие сигналы для ключей 1 и 2 и коммутатора 9, которые соединяют соответственно входное напряжение U c первым входом компаратора 3 и прямые выходы триггеров 5 — с шестыми входами цифроаналогового преобразователя 8, При этом двухпозиционный ключ 31 подсоединит первый резистор

30 к шине положительного опорного напряжения (+ Е) и на выходе сумматора 13 получают эталонное напряжение U U старшего разряда, которое х й, компаратор 3 сравнивает с входным напряжением U При Ц U< в первом триггере 5 сохраняется "1", a npu

Ux U выходным сигналом первого элеИ! мента И 14 первый триггер 5 устанавливается в состояние "0". Одновременно произойдет сдвиг в регистре 29 и единица перейдет во второй разряд, что обеспечит подачу следующего эталонного напряжения UN с выхода г цифроаналогового преобразователя 8.

В конце преобразования Цх уравновесится суммой эталонных напряжений, снимаемых с выхода цифроаналогового и преобразователя 8 UN = Z а; Ц1

1=1

f где а — цифры в разрядах выходного

yl 1-1 кода Nx = K a; 2, записанного в реи гистре 5 -N = Z. a; 2

11

Второй этап работы начинается с контроля выполнения условия уравновешивания UxcUN+q1UN (оператор S(), При этом включение и+1 ключа 31 (резистор 30 R 2 подключен к шине и-1 положительного опорного напряжения

+ F) приводит к появлению на выходе сумматора 13 напряжения UN + q a включение и+2 ключа 31 (резистор 30

R 2" подключен к шине отрицательного опорного напряжения — Е) — напряжения UN — q,. С помощью компаратора

3 выходное напряжение цифроаналого- вого преобразователя 8 сравнивается с напряжением UX а результат сравнения поступает на первый вход бло1 ка 10, В блоке 10 формируется результат сравнения

О UxaLJJJJ + ч Пн q)

10 @ н + Ч U i — q) который поступает на третий выход блока 10, При S<= 1 (условие ложности предиката оператора t4,, прп котором

1292180 6

8 =Ои

8 =-О

"г

S - =1 или S

I г

55 последовательность выполнения операторов в формуле определяется стрелкой т1) прйнимается решение — выходной код -Nх не годен и на седьмой вьгход блока 10 поступает сигнал К=l.

При Я, =О (условие истинности предиката оператора Л,, при котором стрелка 11,не учитывается) приступают к контролю точности выходного кода АЦП.

При этом на второй вход аналого вого запоминающего устройства 4 с ,выхода блока 10 поступает команда записи компенсирующего напряжения

U< (оператор 3), По окончании записи с выхода блока 10 на соответствующие входы ключей 1,2,7 и коммутатора 9 поступают команды на подключение эталонного напряжения U на второй вход компаратора 3, а также инверсных выходов триггеров 5 и выхода аналогового запоминающего устройства 4 соответственно на входы цифроаналогового преобразователя 8.

В результате код М„ (оператор N) преобразуется в напряжение 11т (оператор (V„O„), которое затем в сумматоре 13 суммируется с напряжением записанным в аналоговом запоминающем устройстве 4 (оператор „), На первый вход компаратора 3 поступает результат суммирования, контрольное напряжение U которое сравнива-. ется с эталонным напряжением U т (оператор S ), С выхода компаратора

3 на первый вход блока 10 поступает результат сравнения

1 эт Цконтр г.о

11эт 11коътр . В случае, если 8 = О, то блок 10 вырабатывает команду на включение первого ключа 12. В случае, если

S < =-.1, блок 10 выдает команду на ,включение второго ключа 12, При включении первого ключа 12 резистор 1 I подключается к шине положительного опорного напряжения (Е), что приводит к появлению на выходе сумматора

13 напряжения 11„ „. + 3, которое сравнивается с эталонным напряжением

Uýò, результат которого эт " контр

Появление на выходе компаратора 3 сигнала 8, = 1 свидетельствует о нахождении погрешности устройства о в допуске 1 о „, о ), а появление

8, = Π— о выходе ее за допуск, При включении же второго ключа 12 резистор R подключается к шине от% рицательного опорного напряжения (-E), что приводит к появлению на выходе цифроаналогового преобразователя 8 напряжений П „„, -8, которое также сравнивается с напряжением

U, Если результат сравнения Я

= О (U U,:„ -8 ), то погрешность

Коитр о находится в допуске (О,-Г ), EcJIH Ke Б, = 1 (Пэт (11,(о„т — 1 ), то выходит за допуск. По результатам сравнения В о и Я, или S д и S в блоке 10 формируется результат сравнения контр "о. 1 ронтр а затем осуществляется принятие решения — выходной код годен (S = О)

2 или не годен (S = 1) и на выход общего результата контроля поступает соответствующий сигнал К, значение которого опрецеляется выражением

К

1 1

После того, как произведен контроль выходного кода АЦП, в регистре

29 произойдет сдвиг единиць1 в (n + 5)-й разряд, что приведет к прекращению передачи тактовых импульсов генератора 27 через элемент И 28, Блок 10 контроля работает следующим образом.

При контроле выполнения условия уравновешивания, если на выходе n-ro элемента И 14 присутствует сигнал (Аl = О), то происходит включение первого триггера 17 (установка единицы на прямом выходе и ноля на инверсном), если же сигнал отсутствует (А 1 = 1), то с помощью элементов 15 и 21 формируется сигнал включения второго и третьего триггеров 18 и

24. По окончании контроля на второй вход блока 10 поступает сигнал, включающий первый или второй триггеры

17 и 18, а также обеспечивающий прохождение через)элемент И 16 на второй вход третьего триггера 24 сигнала, поступающего на первый вход блока 10 ° При недостоверном уравновеши.вании на прямом выходе третьего триггера 24 получают единицу, которая

7 - -1;2921 поступает на третий выход блока 10 и через элемент 26 — на седьмой выход блока 10, при этом ноль инверсно", го выхода триггера 24 запрещает прохождение сигналов, поступающих через элементы 19, 20 и 22, и поэтому контроль точности результата аналого-цифрового преобразователя не производится. При достоверном же уравновешивании на прямом выходе третьего триггера 24 появляется ноль, а на ин", версном выходе — единица, которая обеспечивает прохождение сигналов, необходимых для осуществления контроля точности.

При контроле точности выходным сигналом элемента 19 производится включение четвертого триггера 24, а сигналом, поступающим на третий вход блока 10, осуществляется его выключение, а также с помощью элемента

20 — включение пятого триггера 24, Затем при поступлении сигнала на чет" вертый вход блока 10 с помощью второго элемента 22 осуществляется вклю25 чение восьмого триггера 24, если на первый вход блока 10 поступает единица, или посредством элементов 23 и первого элемента 22 включение шестого и седьмого триггеров 24, если на первый вход блока 10 поступает ноль. По окончании контроля сигналом, поступаюшим на пятый вход блока 10, включается шестой триггер 24 или восьмой триггер 24, а также с по- 35 мощью элемента 25 обеспечивается прохождение сигнала, поступающего на первый вход блока 10, на третий вход седьмого триггера 24, При достоверном преобразовании на выходе.седьмого триггера 24 получают ноль, а при недостоверном — единицу, которые через элемент 26 поступают на седьмой выход блока 10, Осуществление контроля выходного кода АЦП предлагаемым способом позволяет при незначительном аппаратурном и временном расходе контролировать все возможные виды отказов АЦП, Формула изобретения l. Способ аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода, заключающийся в том, что формируют выходной код аналого-цифрового преобразователя путем уравновешивания входного напряжения компен80 8 сационным напряжением, формируют

-опорное напряжение с верхней границей, соответствующей сумме компенсационного напряжения и напряжения, .равного величине кванта, и нижней границей, соответствующей разности этих напряжений, сравнивают входное напряжение с опорным напряжением и по результатам сравнения судят о годности выходного кода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, после определения годности выходного кода запоминают сформированное компенсационное напряжение, инвертируют выходной код, формируют напряжение, пропорциональное проинвертированному коду, полученное напряжение суммируют с результатом запоминания и получают контрольное напряжение, образуют эталонное напряжение, величина которого определяется максимальным значением компенсационного напряжения, сравнивают эталонное напряжение с контрольным напряжением> формируют опорное контрольное напряжение путем суммирования напряжений погрешности и контрольного напряжения, если эталонное напряжение больше контрольного, или вычитания напряжения погрешности из контрольного напряжения, если эталонное напряжение меньше контрольного, сравнивают эталонное напряжение с опорным контрольным напряжением и по результатам судят о достоверности выходного кода.2. Аналого-цифровой -преобразователь с контролем выходного кода, содержащий компаратор, выход которого соединен с первыми входами и элементов И и первым входом блока контроля, где и-число разрядов устройства, первый и второй выходы блока контроля соединены соответственно с первым, вторым входами цифроаналогового пре обраэователя, блок управления, первая группа выходов которого соедине"

»а с вторыми входами соответствующих элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих.п триггеров, вторые входы кото-. рых, кроме первого и второго тригге-. рэв, соединены с соответствующими выходами второй группы выходов блока управления, третий выход блока контроля является первой выходной шиной, второй, третий, четвертый

1292180 пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, третий, четвертый и пятый входы цифроаналогового преобразователя являются соответственно общей шиной, шинами положительного и отрицательного напряжений, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, введены три ключа, коммутатор, аналоговое запо" минающее устройство, два токоограни,чивающих элемента, выполненных на резисторах, два двухпозиционных клюна, сумматор, первый вход которого объединен с первыми выводами первого и второго резисторов и соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход сумматора соединен с выходом первого ключа, а выход — с первыми входами компаратора и аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а второй вход аналогового запоминающего устройства соединен с четвертым выходом блока контроля, второй вход первого ключа объединен с первыми входами второго ключа и коммутатора и соединен с пятым выходом блока контроля, второй вход второго ключа является шиной эталонного напряжения, а выход объединен с выходом третьего ключа и соединен с вторым входом компаратора, первый вход третьего ключа является шиной входного напряжения, а второй вход соединен с шестым выходом блока контроля, седьмой выход которого является .второй выходной шиной, восьмой и девятый выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухпозиционных ключей, вторые ,входы которых объединены с третьим входом цифроаналогового преобразователя, третьи входы первого и второго двухпозиционных ключей соединены соответственно с четвертым и пятым входами цифроаналогового преобразователя, а выходы соединены соответственно с вторыми выводами первого и второго резисторов, при этом выходы коммутатора соединены с соответствующими шестыми входами цифроаналогового преобразователя, первая и вторая группы входов коммутатора соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами соответствующих триггеров, выход и-го элемента

10 !

И соединен с шестым входом блока контроля, седьмой вход которого объединен с вторым входом п-ro элемента И, восьмой вход объединен с входом блока управления, вторым входом первого триггера и является шиной Пуск", второй вход первого элемента И объединен с вторым входом второго триггера.

1

3, Преобразователь по п,2, о т.— л и ч а ю шийся тем, что блок контроля выполнен на элементе ИЛИ, семи элементах И, восьми триггерах и двух элементах НЕ, входы которых соединены с первыми входами первого, второго, третьего элементов И и являются первым входом блока контроля, шестым входом которого является первый вход первого триггера, второй вход которого объединен с первыми входами второго триггера, четвертого элемента И, вторым входом первбго элемента И и .является вторым входом блока контроля, седьмым входом которого является первый вход пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента

НЕ, а выход — с вторым входом второго и первым входом третьего триггеров, второй вход последнего из которых соединен с выходом первого элемента И, прямой выход — с первым входом элемента ИЛИ и является третьим выходом блока контроля, а инверсный выход — с первыми входами шестого и седьмого и вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход последнего из которых соединен с первым входом четвертого триггера, второй вход которого объединен с вторым входом шестого элемента И и является третьим входом блока контроля, выход шестого элемента И соединен с первым входом пятого триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно пятым и шестым выходами блока контроля, четвертым входом которого является третий вход второго элемента И и второй вход седьмого элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, а выход — с первыми входами шестого и седьмого триггеров, второй вход последнего из которых объединен с вторым входом пятого триггера, третьим входом третьего триггера и является восьмым входом блока контроля, тре-ий вход

12921

Составитель А. Титов

Техред И.Попович

Корректор С. Шекмар

Редактор С. Пекарь

Заказ 286/58 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 седьмого триггера соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом шестого и первым входом восьмого триггеров и является пятым входом блока контроля, восьмой, девятый, первый, второй, четвертый и седьмой выходы которого являются соответственно выходами шестого, восьмого, второго, первого, четвертого триггеров и элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом седьмого триггера, а второй вход восьмого триггера соединен с выходом второго элемента И, 4 ° Преобразователь по п,2, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на генераторе импульсов, элементе И, регистре сдвига первый вход которого соединен с выходо эле е та И, nepHbN вход ко- 20 торого соединен с выходом генератора импульсов, инверсный вход — с первым выходом регистра сдвига, второй, третий, четвертый и пятый, шестые и седьмые выходы которого являются со25 ответственно четвертым, третьим, вторым, первым выходами, второй и первой группой выходов блока управ80 12 ления, первый вход которого является вторым входом регистра сдвига, 5, Преобразователь по п ° 2, о тл и ч а ю шийся тем, что цифроаналоговый преобразователь выполнен на и+2 двухпозиционных ключах, n+2 резисторах, первые выводы которых объединены и являются выходом цифро" аналогового преобразователя, второй ,вывод х-го резистора соединен с выходом l.-го двухпозиционного ключа, первые входы которых объединены и являются третьим входом цифроаналогового преобразователя, вторые входы п+1 двухпозиционных ключей объединены и являются четвертым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход (n+2)-го двухпозипионного ключа является пятым входом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы и двухпозиционных ключей являются соответственно шестыми входами цифроаналогового преоб.разователя, а управляющие входы (n+1) и (n+2)-го двухпозиционных ключей являются соответственно первым и вторым входами цифроаналогового преобразователя.