Цифровой вольтметр
Изобретение может быть использовано . системах контроля и управления .ромышленными технологическими процессами и позволяет упростить констр кцию вольтметра. Вольтметр содержит блок 1 входных усилителей. аналого-цифровой преобразователь .2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок 5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9 и выходной регистр 10, Предложенное функциональное соединение элементов вольтметра исключает необходимость использования сложных блоков, таких как перемножитель, делитель и извлекатель квадратного корня . За счет этого устройство обладает большой надежностью, имеет значительно меньпше габариты, вес и потребляемую мощность. В описании приведены примеры реализации аналогоцифрового преобразователя 2, умножителя 7 и накапливающего сумматора 9. 3 3. п. ., 3 ил. (Л 00 СО Cf3U.i
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0„„1337791 (д1) 4 G 01 R 19/25
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3983948/24-21 (22) 03. 12.85 (46) 15. 09. 87. Бюл. М 34 (72) С.Н.Алисов,!.И.Сергацкий, В.И.Блинов и А.Н.Шангин (53) 621.325(088.8) (56) Живилов Г.Г. и др. Быстродействующий цифровой вольтметр диапазона частоты 0 05-1000 Гц. — Элементы, узлы, блоки средств электроизмерительной техники: Труды/ВНИИЭП. Л.:
1981, с,63-69. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение может быть использовано, системах контроля и управления .ромышленными технологическими процессами и позволяет упростить констг; кцию вольтметра. Вольтметр содержит блок 1 входных усилителей, аналого-цифровой преобразователь .2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок 5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9 и выходной регистр 10.
Предложенное функциональное соединение элементов вольтметра исключает необходимость использования сложных блоков, таких как перемножитель, делитель и извлекатель квадратного корня. За счет этого устройство обладает большой надежностью, имеет значительно меньшие габариты, вес и потребляемую мощность. В описании приведены примеры реализации аналогоцифрового преобразователя 2, умножителя 7 и накапливающего сумматора 9.
Э з.п,,ф-ю1ы, 3 ил.
1337791
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления промышленными техно55 онным входом накапливающего сумматора 9. Третий вход аналого-цифрового логическими процессами для измерения среднего, средневыпрямленного и среднеквадратичного (действующего) значений периодического напряжения в диапазоне инфранизких частот.
Целью изобретения является упрощение вольтметра.
На фиг. 1 представлена схема цифрового вольтметра, на фиг. 2 — схема аналого-цифрового преобразователя; 15 на фиг. 3 — схема блока управления.
Цифровой вольтметр (фиг. 1) содержит блок 1 входных усилителей, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 определения периода, формирователь 4 частоты, блок 5 управления, генератор 6 импульсов, умножитель 7, счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9 и выходной регистр 10. 25
Вход блока 1 входных усилителей является входом вольтметра, Первый выход блока 1 входных усилителей соединен с первым информационным входом аналого-цифрового преобразователя 2, 30 а второй выход — с входом блока 3 определения периода. Первый вход формирователя 4 частоты соединен с первым вьгходом блока 3 определения периода, а второй вход — с первым тактовым выходом генератора 6 импульсов. Первый вход запуска блока 5 управления соединен с выходом формирователя 4 частоты, а второй вход с вторым выходом блока 3 определения 40 периода. Третий вход и первый управляющий выход блока 5 управления соединены соответстBEHHo с первым выходом (нОстанов цикла ) и вторым входом (" Пуск" ) аналого-цифрового преоб45 разователя 2, второй выход — с управляющим входом умножителя 7, третий выход — с управляющим входом накап— ливающего сумматора 9, четвертый выход — с управляющим входом выход- 50 ного регистра 10, а четвертый вход с вторым тактовым выходом генератора 6 импульсов. Информационный выход аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с информационным (вторым) входом умножителя 7, информационный выход которого соединен с информаципреобразователя 2 соединен с информационным выходом накапливающего сумматора 9, четвертый вход — с вторым управляющим выходом блока 5 управления, информационный выход — с вторым входом выходного регистра 10, выход которого является информационным выходом вольтметра. Пятый вход и пятый управляющий выход блока 5 управления соединены соответственно с выходом и входом счетчика 8 объема выборки.
Накапливающий сумматор 9 (фиг. 1) содержит сумматор 11 и сдвиговый регистр 12. Первый вход сдвигового регистра 12 соединен с первым выходом, а выход — с первым входом сумматора
11, Второй вход сдвигового регистра
12 является управляющим входом, второй вход сумматор 11 — информационным входом,а его второй выход — информа/ ционным выходом накапливающего сумматора 9.
Анапого-цифровой преобразователь 2 (фиг. 2) содержит компаратор 13, коммутатор 14, регистр 15 последовательного приближения и цифроаналого вый преобразователь 16. Выход компаратора 13 соединен с первым входом коммутатора 14, выход которого соединен с первым входом регистра 15 последовательного приближения, первый выход которого является первым выходом аналого-цифрового преобразователя 2. Второй выход регистра 15 через цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом компаратора 13. Первый вход компаратора 13 является информационным входом аналого-цифрового преобразователя 2.
Второй вход регистра 15 последовательного приближения является вторым входом аналого-цифрового преобразователя 2, Второй и третий входы коммутатора 14 являются соответственно третьим и четвертым входами аналогоцифрового преобразователя 2. Второй выход регистра 15 последовательного приближения является информационным выходом аналого-цифрового преобразователя 2.
Умножитель 7 выполнен в ниде постоянного запоминающего устройства с дополнительным управляющим входом для переключения режимов измерения путем коммутации различных участков памяти.
Блок 5 управления (фиг. 3) содержит семь триггеров 17 — 23, одновиб1337791 ратор 24, четыре элемента И 25-28, один элемент ИЛИ 29 и счетчик 30.
Первым входом блока 5 управления является второй вход триггера 18 втоЭ
5 рым его входом — второй вход триггера 17, третьим его входом — вход одновибратора 24, четвертым его входом — второй вход триггера 2 1 и пятым его — T bie Debt 1p триггеров 19 и 23 и двух элементов
И 27 и 28. Первым выходом блока 5 управления служит выход элемента И 27 а вторым выходом — выход триггера 20.
Третий выход блока 5 управления составляют выходы элементов И 26 и
ИЛИ 29 и триггера 23, четвертый выходвыход элемента И 25 и пятый выход выход элемента И 26. Выход триггерл
17 соединен с третьим входом тригге- 2П ра 18, Выход триггера 18 соединен с третьим входом триггера 19. Выход триггера 19 соединен с первым входом элемента И 27. К выходу одновибратора 24 подключены первые входы трех 25 триггеров 18, 19 и 20 и двух элементов И 25 и 26. Вторые входы элементов
И 26 и 25 подключены к выходу триггера 22, второй вход которого соединен с выходом элемента И 26, Первые входы двух триггеров 17 и 22 и элемента И 28 подключены к выходу триггера 23. Выход элемента И 28 соединен ,с первыми входами элемента ИЛИ 29 и счетчика 30, Второй вход элемента
ИЛИ 29 подключен к выходу элемента
И 25, Выход триггера 21 подключен к третьему входу триггера 23 и второму входу счетчика 30. К выходу счетчика
30 подключены первые входы двух триг- 4р геров 21 и 23, второй вход триггера
20 и четвертые входы двух триггеров 18 и 19.
Цифровой вольтметр работает следующим образом.
Перед началом работы производят выбор измеряемого параметра сигнала (средневыпрямленное или среднеквадратичное значение напряжения) путем включения в работу определенной области памяти в постоянном запоминающем устройстве умножителя по его дополнительному входу. Предварительной начальной установки цифровой вольтметр не требует, так как в конце каждого периода измеряемого сигнала после выдачи очередного результата измерения прибор сам автоматически выходит в исходное состояние.
Измеряемое напряжение поллют: л вход блока 1 входных усиз1ите.и и, в котором производят приведение нлпряжения к определенному уровню, требуемому для работы аналого-цифрового преобразователя 2, в зависимости от выбранного диапазона измерений. Блок
3 определения периода служит для преобразования входного периодического сигнала сложной формы в последовательность импульсов того же периода.
Формирователь 4 частоты вырабатывает импульсы с частотой r„ = X/Т„, где М— объеМ выборки, т.е. количество отсчетов мгновенных значений измеряемого напряжения зл один период, Т„ — период измеряемого напряжения.
Работу формирователя 4 частоты тактируют высокочастотным сигналом от генератора 6 импульсов, Сигналы с выходов блока 3 определения периода, формирователя 4 частоты и генератора
6 импульсов являются стартовыми для блока 5 управления.
В начале очередного периода входного напряжения сигналом с выхода блока 3 определения периода устанавливают триггер 17, сигнал с выхода которого разрешает установку триггера 18. Ближайшим во времени импульсом с выхода формирователя 4 частоты устанавливают триггер 18, сигнал с выхода которого разрешает установку триггера 19. Следующим во времени импульсом . т генсрлтора 6 импульсов устанавливают триггер 19, сигнал с выхода которого разрешает прохождение тактовых импульсов генератора 6 импульсов через элемент И 27 на аналого-цифровой преобразователь 2 для пуска регистра 15 последовательного приближения. Происходит цикл выборки мгновенного значения измеряемого напряжения аналого-цифровым преобразователем 2. При этом на вход регистра
15 последовательного приближения через коммутатор 14 подают выходные сигналы компаратора ФЗ. По окончании цикла выборки регистр 15 последовательного приближения вырабатывает сигнал, который через одновибратор 24 сбрасывает триггеры 18 и 19. Кроме того, сигнал с выхода одновибратора
24 через элемент И 25 поступает на счетчик 8 объема выборки и далее через элемент ИЛИ 29, на накапливающий сумматор 9 как сигнал для накопления к предыдущей сумме очередного отсче1337791 измерения среднек1311дратичного зна15 чения сигнала код на выходе его ра20
25 на тактовыи вход сдвигoBol регистра
12. Тот ж сигнал с вь>хода триггера
23 сбрасывает триггеры 17 и 22. Сдвиг 30 в с>113иго1>ом регистре 12 накопл1 »ной тов сдвига и по окончании последнего такта вырабатывает сиг.1ал завершения
40 режима сдвига. Этим сигналом сбрасываются триггеры 21 и 23 и устанавливаются триггеры 18, 19 и 20. Сигналом с выхода триггера 19 разрешается прохождение тактовых импульсов на регистр4
15 последовательного приближения. На50
55 та. Подача тактовых импульсов через
>лемент И 27 прекращается. Так как триггер 17 остался в установленном состоянии, то при появления с выхода формирователя 4 частоты очередного стартового импульса в аналого-цифровом преобразователе 2 произойдет очередной цикл выборки мгновенного значения напрях,ения, накапливающий сумматор 9 добавит к предыдущей сумме очередной отсчет, а счетчик 8 объема выборки изменит свое состояние Its 1.
После N-го цикла выборки счетчик 8 объема выборки сбросится и одновреteIItIo выдаст сигнал конца выборки, по которому установится триггер 21, СИГ»II:t С titriXO q I КС>тОРОГО РаЭРЕКЯ>т УС—
TëíîI3êó триггера 23 и работу счет и»ка 30. Ближайшим IIo времс ttlt ил>пус1ь— сом от генератора 6 импульсов устано»ится триггер 23. Сигнал с вь>хода триггера 23 переведет сдвиго>н лй реI истр 1 2 В режил1 сд13иг
vc TàIIàâëè»àåò триггер 22 и блок 5 управления перс ходит в режим ожидания следующего импульса запуска от блока
3 определе»ия периода.
Фу>>киню умножит ля 7 в цифровом вольтметре выполняет постоянное 33 поминающее устройство, часть объема памяти которого запрограммирована как таб.>ива квадратов, когда в режиме
1>ен квадрату установленного адреса, Адрс>сол> служит >зыходной код регистра
> i I (> C J I e „ / О 13 а Т С J l I r I I О Г О I t P t t E> J t I t>tt C I I I t Я .
i i 3 вл е t! и!с . к>3 Ядр <1т t t t>I О корня из
1tpt>it рм>tð(II I Itíîtt суммы происходит
< .. <з>>ун щt.it (>! ра эом.
П >: т<>р >у >>ходу умножитель 7 пе— рe к в»час-т(rt н» ту об.tàt. TI, памяти, где эс>нро1 p;»i >провала таблица I I>a!Ipaтов
I3 1(>3»ерс»ых кодах. Регистр 15 послед(>1>с1 те>11,>It> г О при б>:п1же 31ия по и 3 Вс>ст—
i«> Iy;t>Ii >>;»t ему производит подбор так> го чис.1>1, к»адрат которого равен ипи блиэ1>к к числу, находящемуся в
«;it3ItI t>trow рс гистре 12, При этом сум 1;I 1 t>ð 1 1 сравнивает число в сдвиго«alt ptJt ItcTpI 12 и квадраты чисел с
13ых(>да регистра 15 последовательного
31риближе>1ин. 1>ь>ходной сигнал переноса ст>1ршего разряда сумматора 11 характеризует резул тат сравнения и подается при извлечении квадратного корня ч1 ре 3 коммуT;ITop 14 на первый информационный вход регистра 15 последовател1.»ого приближения.
При измс рении средневыпрямленного значения напряжения отсчеты мгновенных эначс ний напряжения с выхода регистра
15 последовательного приближения передают Its выход накапли>>ак>щего сумматора
9,минуя умножитеJII> 7 или через него, но при этом часть обьема памяти постоянного запомина>3>щего устройства программируют ка с повторитель адреса при накопл нии суммы и как инвертор адреса при вычислении результата измерений. Такое решение позволяет не изменять алгоритм работы блока 5 уп,равления при измерении различньгх параметров сигнала.
Предлагаемый цифровой вольтметр, сохраняя все эксплуатационные характеристики известного прибора Ф7228, значительно проще его, так как вы1337791 полнен без сложных функционал»,нь»х шифров»»х блоков перемнсжителя, целителя и извлекателя квадратного корня.
3а счет сокращс ния лппаратурных зат5 рат на реализацию данный цифровой вольтметр облацлет большей надежностью, имеет значительно меньшие габариты, вес и потребляемую мощность, что повышает его потребитель в »О скую ценность.
Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я
25 теля, выход которого соединен с информационнь»м входом накапливающего сумматора, выход выходного регистра является выходом вольтметра, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения, второй выход блока управления соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, второй информационный вход которого соединен с выходом накапливающего сум50
1. Цифровой вольтметр, содержащий блок входных усилителей, вход которого является входом вольтметра, первый выход блока входных усилителей соединеH с первым»»»»форь»лц»»о»»»»»»ь» входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход — с входом блока о»»ределения периодл, формирователь частоты, первый вход которого соединен с первым выходом блока определения периода, а второй вход — с первым тактовым вь»ходом генератора импульсов, вход запуска блока управления соединен с выходом формирователя частоты, второй вход — с вторым выхоцом блока определения периода, третий вход блока управления соединен с выходом Останов цикла аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока управления соединен с входом
"Пуск" аналого-цифрового преобразова35 теля, а второй выход — с управляющим входом умножителя, третий выход — с управляющим входом накапливающего сумматора, четвертый выход — с управляющим входом выходного регистра, второй тактовый выход генератора импульсов соединен с четвертым входом блока управления, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом умножи45 млтора, второй выход аналого-»»ифрового преобразователя соединен с информационным входом выходного регистра, пять»й вход и пятьп» выход блокл упрлвI ления соединены с с оответс т»зую»»»»»ь»и
1 входом и выходом счетчика объема выборки.
2. Вольтметр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что аналогоцифровой преобразователь содержит компаратор, цифроаналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения и коммутатор, причем выход компаратора соединен с первым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом регистра последовательного приближе»»и, первый
11 выход которого является выходом Останов цикла" аналого-цифрового преобразователя, а второй выход через цифролнллоговый преобразователь соединен с вторым входом компарлтора, первьп» вход котсрого является первым информационным входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход регистра последовательного приближения является пусковым входом анл »ого †цифрового преобразователя, второй и третий входы коммутатора явля»с»тся вторым информационным и управляющим входами аналого-цифрового преобразователя, второй выход регистра последовательного приближения соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя.
3. Вольтметр по и, 1, о т л ич а ю шийся тем, что умножитель выполнен в виде постоянного запоминающего устройства с дополнительным уп— равляющим входом.
4, Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что накапли— вающий сумматор содержит сумматор, первые вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и первым входом сдвигового регистра, причем вторые входы сдвигового регистра и сумматора являются соответственно управляющим и информационным входами накапливающего сумматора, а второй выход сумматора является информационным выходом накапливающего сумматора.
gmdrt
&лФ
dn(7 йл&
4Упг 3
Составитель Е. Березов
Редактор А.Лежнина Техред В.Кадар Корректор Н,Король
Заказ 4125/42 Тираж 730 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
11роизв дстненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
