Аналоговое запоминающее устройство

 

Изобретение относится к устройствам автоматики, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в многоканальных системах сбора информации, обеспечивая коммутацию аналоговых сигналов и одновременную выборку, и хранение их дискретньпс значений поочередно в порядке их возрастания. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения многоканальноСти при сохранении высокого быстродействия . Устройство обеспечивает более высокое быстродействие системысбора данных, так как сигналы на вход АЦП (выход аналогового ЗУ) поступают подготовленными в определенной последовательности от минимального до максимального значения. Затраты времени на выборку двух минимальньи значений незначительны, после чего происходит один заряд/емкости при выборке одного из максимальных (или близких к нему) значений и далее практически отсутствуют зaтpatы времени при выборке последнего наибольшего значения, 3 ил. с сл с со ОО О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU,» 1336119 А1 (59 4 G ll С 27/009 Н .03 К 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4050064/24-24 (22) 04.04.86 (46) 07.09,87. Бюл. У 33 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) И, Г. Вагнер и В. M. Сидоров (53) 681.32?.66(088.8) (56) Басалаев Г. Г,, Глемба В. И.

Многоканальная система сбора данных.—

Приборы и техника эксперимента, 1984, У 2, Авторское свидетельство СССР

Ф 414634, кл. G ll С 27/00, 1972. (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙ».

СТВО (57) Изобретение относится к устройствам автоматики, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в многоканальных системах сбора информации, обеспечивая комму- тацию аналоговых сигналов и одновременную выборку, и хранение их дискретных значений поочередно в порядке их возрастания. Цель изобретения— расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения многоканальности при сохранении высокого быстродействия. Устройство обеспечивает более высокое быстродействие системы. сбора данных, так как сигналы на вход

АЦП (выход аналогового ЗУ) поступают подготовленными в определенной последовательности от минимального до максимального значения. Затраты времени на выборку двух минимальных значений незначительны, после чего происходит один заряд. емкости при выборке одного из максимальных (или близких к нему) значений и далее практически отсутст» вуют затраты времени при выборке последнего наибольшего значения, 3 ил.

l336l19

E ly R 2U макс л 2Пмакс КС Е

Изобретение относится к устройствам автоматики, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для коммутации и одновре5 мединой выборки и хранения дискретных значений изменяющихся во времени напряжений, формируемых множеством измерительных объектов, Цель изобретения — расширение функ-)p . циональных возможностей устройства путем обеспечения многоканальности при сохранении высокого быстродействия.

На фиг. 1 приведена функциональная 15 схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы для случая четырехканального устройства в пределах нескольких шагов дискретизации; на фиг. 3 — временная диаграмма в преде- 20 лах одного шага дискретизации, Устройство содержит масштабные ре— зисторы 1 и 2, первый 3 и второй 4 аналоговые ключи, запоминающий конденсатор 5, операционный усилитель

6, генератор 7 импульсов, первый 8, второй 9 и третий 10 формирователи импульсов, первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, элемент 13 запрета, формирователь 14 короткого импульса, триг- gp гер 15 управления выборкой дискретного значения сигнала, многовходовый элемент И 16, компаратор 17, элемент

И 18, Rs-.òðèããåð 19.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении в момент времени импульса с генератора 7 импульсов по переднему фронту запускается первый формирователь 8 импульсов, который вырабатывает импульс, поступающий на вход аналогового ключа 3, который, открываясь, обеспечивает разряд запоминающего конденсатора 5. Длительность этого импульса должна быть та- 45 кой, чтобы завершился перезаряд конденсатора 5 от положительного значения смак до отрицательного значения-U „,. Таким образом устройство приводится в исходное состояние.- На фиг. 3 перезаряд конденсатора 5 заканчивается в момент времени t„ è исходное состояние длится до момента

ВРЕМЕНИ t2. ДЛИтЕЛЬНОСть иМПульса

С = 7 — первого формирователя

2 о 55

8 можно определить по формуле

В момент времени t2 закрывается ключ 3, по заднему фронту импульса с формирователя 8 через первый элемент

ИЛИ 11 запускается формирователь 14 короткого импульса, длительность которого должна быть достаточна для установки триггера 15 управления в единичное состояние и всех RS-триггеров

19 в нулевое состояние. Триггер 15 управления выборкой дискретного значения сигнала, установившись в единичное состояние практически с момента времени t2, открывает ключ 4 и начинается заряд конденсатора в положительную сторону относительно исходного значения -U ак, по линейному закону (фиг ° 3, U ц„ ) в интервале

t . В момент времени t3 Uö„„ опера- ционного усилителя 6 достигает значения наименьшего из всех канальных напряжений (на фиг. 3 это напряжение

U третьего канала) и срабатывает компаратор 17 третьего канала, на выходе которого появляется уровень логической единицы. Так как на обоих входах элемента И 18 третьего канала присутствуют сигналы логической единицы, то на его выходе формируется сигнал, под действием которого RSтриггер 19 третьего канала установится в единичное состояние (практически с момента времени t ) до окончания цикла ° При этом на второй вход элемента И 18 инверсного выхода RS-триггера третьего канала поступает логический нуль и этот элемент закрывается до очередного шага дискретизации. В результате этого на выходе этого элемента И 18 формируется всего один короткий импульс в момент равенства напряжений на входах компаратора 17 третьего канала. Сформированный на выходе элемента И 18 ко- роткий импульс через второй элемент

ИЛИ 12 запускает второй формирователь 9 импульса, вырабатывающий импульс, длительность которого должна быть достаточной для сброса триггера

15 управления выборкой дискретного значения сигнала в исходное состояние. При этом закрывается аналоговый ключ 4 и прекращается заряд запоминающего конденсатора, что свидетельствует об окончании процесса выборки дискретного значения сигнала по третьему каналу.

Под действием сигнала с выхода второго формирователя 9 импульсов

3 13361 третий формирователь 10 импульсов вырабатывает импульс, длительность которого равна необходимому времени храпения выбранного дискретного зна5 чения, в течение которого производится его обработка, к примеру аналогоцифровое преобразование или другие операции. Этот импульс через открытый элемент 13 запрета (на второй вход элемента с выхода многовходоро-, го элемента И 16 поступает логический нуль) и через первый элемент ИЛИ поступает «а вход формирователя 14 короткого импульса, По заднему фрон- 15 ту импульса третьего формирователя

10, в момент времени t, формирователь 14 генерирует короткий импульс, устанавливающий триггер 15 в единич.ное состояние. При этом открывается 20 ключ 4 и продолжается заряд конденсатора 5 в интервале t4-t по линей ному закону через резистор 2 от источника напряжения -Е .

В момент времени 1, когда U„ „ 25 операционного усилителя 6 достигает значения наименьшего из оставшихся канальных напряжений (на фиг. 3 это напряжение U ), срабатывает компаратор 17 второго канала. Элемент И 18 ЗО второго канала формирует перепад напряжения, под действием которого устанавливается в единичное состояние

RS-триггер 19 второго канала, закрывающий элемент И 18. Короткий импульс с выхода элемента И 18 через второй элемент ИЛИ 12 запускает второй формирователь 9 импульсов и триггер сбрасывается в нулевое состояние.

При этом закрывается ключ 4 и прекра- 4р щается заряд конденсатора 5, что свидетельствует об окончании процесса выборки дискретного значения второго канала. В интервале времени t третий формирователь 10 импульсов 45 снова формирует импульс, длительность которого равна, как и на интервале необходимому времени хранения, в течение которого производится обработка этого дискретного значения. В момент времени t< по заднему фронту импульса, сформированного третьим формирователем 10 и .прошедшего через открытый элемент 13 запрета и первый элемент ИЛИ ll, формирователь 14 вырабатывает импульс, который снова устанавливает триггер 15 в единичное состояние. Снова при этом открывается аналоговый ключ 4 и на интервале

19

4 производится заряд конденсатора 5 через резистор 2 от источника напряжения -Е. В момент времени t, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигает значения наименьшего из оставшихся канальных напряжений (на фиг ° 3 это напряжение

U<) срабатывает компаратор 17 четвертого канала. Элемент И 18 четвертого канала формирует аналогичным образом импульс, устанавливающий в единичное состояние RS-триггер 19 четвертого канала, закрывающий этот элемент И. Короткий импульс с выхода элемента И 18 четвертого канала через второй элемент ИЛИ 12 запускают в очередной раз первый формирователь

9 импульсов и триггер 15 сбрасывается в нулевое состояние. Ключ 4 эакрывается и завершается заряд конденсатора 5, что свидетельствует об окончании очередного процесса выборки дискретного значения четвертого канала. На интервале t -t формирова1 S тель 10 снова формирует импульс, длительность которого -соответствует необходимому времени хранения. В момент времени t по заднему фронту имВ пульса, поступившего с формирователя

10 через открытый элемент 13 запрета и первый элемент ИЛИ ll, формирователь 14 вырабатывает импульс, который устанавливает триггер 15 в единичное состояние на этом шаге дискретизации в последний раз. Открывается ключ 4 и на интервале ts-tS снова произво; . дится заряд конденсатора 5 от источника напряжения -Е. В момент времени tS, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигает значения последнего из оставшихся канальных напряжений (на фиг. 3 это напряжение U ), срабатывает компаратор 17 первого канала. Элемент И 18 совпадения первого канала формирует импульс, устанавливающий в единичное состояние RS-триггер 19 первого канала, закрывающий элемент И 18 совпадения, с выхода которого короткий импульс через второй элемент ИЛИ 12 запускает формирователь 9 импульсов и триггер 15 сбрасывается в нулевое состояние. Ключ 4 закрывается и прекращается заряд конденсатора 5, что свидетельствует об окончании процесса выборки дискретного значения последнего из канальных напряжений U

Так как все канальные триггеры к мо1336119 менту времени t установлены в единичное состояние, многовходовый элемент И 1б формирует импульс запрета, запрещающий прохождение импульса с

5 выхода формирователя 10 через элемент

13 запрета. Поэтому не происходит .очередной установки триггера 15 в единичное состояние, ключи 3 и 4 за крыты и перезаряд конденсатора 5 не, возможен. При этом на выходе операционного усилителя 6 с момента времени t до окончания шага дискретиза9 ции будет поддерживаться напряжение, равное дискретному значению U„

Начиная с очередного момента дискретизации, все процессы повторяются аналогично.

Предлагаемое устройство обеспечивает в пределах одного шага.дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных напряжений последовательно не по номеру канала, а последовательно по значениям канальных напряжений, начиная с наименьшего из 25 всех и заканчивая наибольшим. На фиг. 2 наблюдается следующий порядок выборки и хранения напряжений: 1-й шаг дискретизации — ц, U9, U<, 2-й шаг — Б, Бз, Б, U,; 3-й шаг — дц

1, П,, П,, U» 4-й шаг — U» U» U<, Б ; 5-й шаг — U, U U U и т.д.

Число каналов может быть произволь-ным, однако необходимо учесть, что максимальное число каналов определяется максимальной скоростью изменения канальных напряжений (т.е. их динамикой), погрешностью дискретизации, выборки и хранения, а также взаиморасположением канальных напряжений, 411 как функций времени, одно относительно другого.

RS-триггер с момента установки в единичное состояние служит индикатором того дискретное значение какого 4 канала с этого момента в течение времени хранения находится на выходе устройства. При необходимости эта информация может быть использована как служебная или адресная, индицирующая номер канала,. подключенного к выходу устройства.

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее запоминающий конденсатор, первый и второй аналоговые ключи, первый и второй масштабные реэисторы, операционный усилитель, генератор импульсов и триггер управления выборкой дискретного значения сигнала, причем вход операционного усилителя соединен с одной обкладкой запоминающего конденсатора и выходами первого и второго аналоговых ключей, входы которых соединены соответственно с первыми выводами первого и второго масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источников опорного напряжения, вторая обкладка запоминающего конденсатора подключена к выходу операционного усилителя и является выходом устройства, прямой выход триггера управления выборкой дискретного значения сигнала подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения многоканальности при сохранении высокого быстродействия устройства, в него введены первый, второй, третий формирователи импульсов, многовходовый элемент И, элемент запрета, формирователь короткого импульса, первый и второй элементы ИЛИ и п каналов, каждый из которых состоит из компаратора, элемента И и RS-триггера, причем первые входы компараторов соединены и подключены к выходу операционного усилителя, а вторые входы являются информационными входами устройства, выходы компараторов соединены соответственно с первыми входами элементов И, выходы которых соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ и с S-входами RS-триггеров, R-входы RS-триггеров соединены и подключены к выходу формирователя короткого импульса и S-входу триггера управления выборкой дискретного значения сигнала, прямые выходы RS-триггеров соединены с соответствующими входами многовходового элемента И и являются адресными выходами устройства инверсные выходы RS-триггеров подключены соответственно к вторым входам элементов И, вход первого формирователя импульсов подключен к генератору импульсов, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого формирователя импульсов и подключен к управляющему входу первого аналогового ключа, второй вход

7 1ЗЗ 1 первого элемента ИЛИ соединен с выходом элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу многовходового элемента И выход первого эле1 5 мента ИЛИ подключен к входу формирователя коротких импульсов, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу

19 второго формирователя импульсов, к выходу которого подключен вход третьего формирователя импульсов и Rвход триггера управления выборкой дискретного значения сигнала, выход третьего формирователя подключен к первому входу элемента запрета.

Риг.1! 336119

l 3361! 9 и, Л!

Составитель А. Ершова

Редактор А. Козориз Техред И.Попович Корректор С. Черни

Заказ 4051/50

Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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