Многоканальный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в системах ввода информации в ЭВМ. Изобретение позвс ляет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в устройство, содержащее блок 4 управления, цифроаналоговый преобразователь 20, эле

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191 (1!) А1 (д 4 H 03 М 1/46, ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ д, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4236436/24-24 (22) 27.04.87 (46) 15. 12.88. Бюл. У. 46 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.М.Сидоров и М.II.Öàïåíêî (53) 681.325(088.8) (56) Цапенко М.И. Измерительные информационные системы. М.: Энергоатомиздат, 1985; с. 135, рис. 8.5а.

Там же, с. 158, рис. 10.4. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в системах ввода информации в ЭВМ. Изобретение позвс ляет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в устройство, содержащее блок 4 управления, цифроаналоговый преобразователь 20, эле1444945 мент ИЛИ 15, а в каждом канале преобразования операционный усилитель

10, компаратор 13 и D-триггер 14, введены параллельный аналого-цифровой преобразователь 17, компаратор 18, счетчик 19 импульсов, элемент 16 задержки, токоограничивающий элемент

Изобретение относится к автоматике И.измерительной технике и может быть. использовано в подсистемах ввода информации в ЭВМ о ходе технологическо 5 го процесса, например процесса испы-, таний изделий на механические вибраЦионные воздействия.

Цель изобретения — повышение быстродействия. 10

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2— функциональная схема блока управления.

Преобразователь (фиг.1) содержит входные шины 1, шины 2 младших и старших раврядов, адресные шины 3, блок 4 управления, токоограничивающие элементы 5-8, выполненные на резисторах, ключи 9, операционные уси-,2д лители 10, выпрямительные элементы 11 и 12, выполненные на диодах, компараторы 13, D-триггеры 14, элемент

ИЛИ 15, элемент 16 задержки, парал лельный аналого-цифровой преобразо- : 25 ватель (АЦП) 17, компаратор 18, счет чик 19 импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20, шину 21 напряжения смещения, шину 22 напряжения нулевого уровня, шину 23 нап- 3О ряжения единичного сигнала, шину 24 конца преобразования, шину 25 опорного напряжения, токоограничивающий элемент 26, выполненный на резисторе..

Блок управления (фиг. 2) содержит шину 27 запуска, управляемый генера» тор импульсов 28, генератор 29 одиночных импульсов, элементы И 30 и

31, дешифратор 32, счетчик 33 импуль- 40 сов, RS-триггер.

Устройство работает следующим образом.

26, выполненный на резисторе, а в каждый канал преобразования введены ключ 9, четыре токоограничивающих элемента 5, 6, 7, 8, выполненных на резисторах, два выпрямительных элемента 11, 12, выполненных на диодах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Сигнал начальной установки, поступая по первому выходу блока 4 устанавливает все D-триггеры 14 в ноль, а в счетчик 19 заносит единицы во все разряды. В момент установки начального состояния все ключи 9 размыкаются, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 вырабатывается сигнал -Е (1 — 1/n), где Š— максимальное возможное значение входного сигнала, соответствующего опорному уровню цифро-аналогового преобразователя 20, и — число поддиапазонов, на которое разбивается уровень Е„, оно определяется счетчиком 19 и цифро-аналоговым преобразователем 20. ,Схема определения максимума на осно:ве операционных усилителей 10 начинает поиск среди входных сигналов ,:такого, который максимально превышает первый опорный уровень — Е (1

tn

1/и). Если такого сигнала нет, то все диоды 12 закрыты и под действием .тока, протекающего от напряжения на шине 25, появится положительный сигнал, превышающий некоторый опорный ,уровень Ео, определяемый напряжением на шине 22, компаратор 18 срабатывает

I и по тактовому импульсу второго выхода блока 4 вычитает единицу из содержимого счетчика 19, При этом, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 вырабатывается новый опорный сигнал — Ещ(1 — 2/и) н схема определения максимума снова имеет среди входных сигналов такой, который максимально превышает опорный уровень Е (1 — 2/и). Допустим, что такой сигнал нашелся на нижней входной шине 1 — U» тогда U „— Е(1 — 2/и)положительйо, операционный усилитель

10 это значение инвертируст и открывается диод 12. При этом, о одной

1444945 стороны вход параллельного аналогоцифрового преобразователя 17 поступает значение (-К(U„- -E + 2Е,„/n)), R R где К = - = -, Rr и определяется соотношением резисторов 8 и 5. Подразумевается, что резисторы 5 и 7 равны между собой. С другой стороны, отрицательный сигнал на входе компаратора 13 нижнего канала вызывает его срабатывание, благодаря чему через элементы 15 и

16 проходит сигнал, который стробирует управляющий вход параллельного аналого-цифрового преобразователя 17 и D-триггеры 14, вследствие чего на выходе параллельного аналого-цифрово- 20 го преобразователя 17 появляется цифровой эквивалент величины KtU — — E (1 — 2/и), D-триггер 14 нижнего канала срабатывает и положительный поскольку R = R, отрицательный и диод 12 закрыт. Теперь же, когда нижний канал выключен из работы, срабатывает второй канал, так как 11 —

- Е„,(1 — 2/n) положительно и других сигналов больше данного 0 по величи- 35 не на работающих входах нет. Соответ" ственно открывается диод 12 второго канала, операционный усилитель отслеживает на входе параллельного анацого-цифрового преобразователя 17 40 сигнал -К(13 — Е (1 — 2/n)g, срабатывает компаратор 13 второго канала и через элементы 15 и 16 стробирует параллельный аналого-цифровой преобразователь 17 и 0-триггеры 14. При 45 этом, положительный. фронт на шине 3 второго канала указывает адрес цифровой информации, появляющейся на шине 2 и одновременно вызывает срабатывание ключа 9 второго канала, вслед-50 ствие чего второй канал отключается.

11оскольку теперь на входных клеммах нет входных сигналов, превышающих опорный уровень, то диоды 12 все закрыты, диоды 11 все открыты и через 55 резистор 26 от напряжения на шине 25

ыа входе компаратора 18 устанавливается положительный сигнал, превышающий пороговый уровень Е . Компарафронт на адресной шине 3 является динамическим признаком адреса, работающего канала, а соответственно и адреса цифровой информации, которая появляется на шине 2 устройства, одновременно сигнал на выходе D-триггера

14 вызывает замыкание ключа 9 в соответствующем ему канале (в данном случае — в нижнем). При этом, на вход соответствующего операционного усилителя 10 подается ток смещения по шине 21 (-Еб) через резистор 6 и эквивалентный входной сигнал уже никогда не будет положительным в данном канале в течение текущего цикла работы, поскольку I Е6/К„ I ъ / Е /R>) ° Теперь схема выделения максимума снова ищет входной сигнал, превышающий опорный уровень Е (1 — 2/п), допустим, что такой нашелся во втором канале сверху — U ° Естественно, что U < U и в предыдущем такте на входе операционного усилителя суммарный ток: тор 18 срабатывает по очередному тактовому импульсу, единичка вычитается из содержимого счетчика 19 и уменьшается абсолютная величина напряжения на выходе параллельного аналого-цифрового преобразователя 20. После опроса всех возможных значений входных сигналов, а соответственно и всех входных клемм, компаратор 18 сработает последний раз в течение цикла коммутации, когда в счетчике 19 установлен нуль, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 — нуль, а сигналов, его превышающих, не осталось среди работающих каналов. Сигнал на шине 24 в данном случае указывает, что цикл опроса входных клемм устройства завершен. Другой aosMoaный признак завершения цикла опроса — установка всех D-триггеров 14 в единицу, при этом сигнал завершения цикла вырабатывается на выходе элемента 15, входы которого соединены с выходами D-триггеров 14.

Блок 4 (фиг.2) работает следующим образом.

Перед началом цикла преобразования RS-триггер в нулевом состоянии.

Управляемый генератор 28 поддержива ет на своем выходе высокий потенци44945 6

10

Быстродействие устройства опреде" ляется временем просмотра поддиапазонов и числом входных каналов, поскольку для каждого канала требуется определение его цифрового эквивалента с помощью компараторов параллельного ЛЦП. Предельное быстродействие ограничивается в первую очередь имен но этими временами. Поэтому можно записать время цикла „ следующим образом: п + Kt p

5 14 ал, поскольку на инверсном выходе генератора 29 также высокий потенциал, на втором входе. блока 4 также высокий потенциал. Импульс запуска, поступая на S-вход RS-триггера, перево" дит его в единичное состояние, включая управляемый генератор 28, одно временно генератор 29 запускается и по прямому выходу производит в счетчике 19 начальную установку, а по инверсному выходу сбрасывает в нулевое состояние D-триггеры 14 и устанавливает счетчик 33 в ноль. Одновременно нулевой сигнал на инверсном выходе запрещает прохождение через элемент

30 первого импульса управляемого. генератора 28. По окончании одиночного импульса второй импульс управляемого генератора 28 проходит на второй выход и начинает опрос компаратора 18

При этом, счетчик 33 считает количеСтво импульсов опроса и, когда оно совпадает с требуемым срабатывает дешифратор 45 и нулевым сигналом через элемент 31 сбрасывает RS-триггер в исходное состояние. Сброс RS-триг гера может быть также выполнен при необходимости либо от любого из сигналов об окончании цикла преобразования, вырабатываемых в устройстве, либо от сигнала сброса, Для этого служит второй вход в элементе 31.

Нулевой сигнал на входе RS-триггера держится все время до появления ну-. левого потенциала на входе шины за, пуска. По S-входу нулевой потенциал переводит прямой выход RS-триггера в единичное состояние, вызывая все названные установки по генератору 29, при этом нулевой сигнал по коду счетчика 33 переходит в положительный и с RS-триггера снимается нулевой потенциал по В.-входу. где n — число поддиапазонов, — время просмотра поддиапазо3 на, К вЂ” число каналов1

- время сравнения начала с поддиапазоном.

Поскольку синхронизацию работы всего устройства выполняет генератор, то период его работы Т „= tg A t,>, т.е. максимальному из двух. Следовательно, время цикла можно оценить как: е, (и+ К)T„. (2)

В то же время в известном устройстве время цикла Сц определяется также временем прохождения всего диапазона и временем, выделяемым на сравнение эталонов с входными величинами.

Если сравнить время прохождения всего диапазона для двух устройств, то они близки друг к другу при одинаковых усилителях. Различие появляется во временах сравнения. Соответственно, если для известного устройства потребуется 2 — актов сравнения, Я где N — - разрядность двоичного числа, то для данного устройства всего К сравнений и, если даже Т „ >) то всегда найдется N при котором устройство имеет преимущество в быстродействии.

Формула изобретения .1. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, цифроаналоговый преобразователь, элемент ИЛИ, п каналов преобразования, каждый из которых содержит последовательно соединенные операционный усилитель, компаратор и

D-триггер, R-входы D-триггеров всех каналов преобразователя объединены и соединены с первым выходом блока управления, D-вход каждого D-триггера соединен с выходом соответствующего компаратора канала преобразования, о т л-и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены параллельный аналого-цифровой преобразователь, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, элемент задержки, компаратор, счетчик импульсов, а в каждый канал преобразования введены ключ, четыре токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, два выпрямительных элемента, выпол!

444945 ненных на диодах, аноды первых диодов объединены с первыми выводами пер.вых резисторов всех каналов преобразования, первым выводом резистора, информационными входами параллельного аналого-цифрового преобразователя и компаратора в каждом канале преобразования, катод первого диода объе" динен с анодом второго диода, первым входом компаратора, вход операционного усилителя объединен с катодом второго диода, вторым выводом первог резистора, первыми выводами второго и третьего резисторов и соединен с f5 выходом ключа, аналоговый вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, управляющий вход соединен с выходом D-триггера и является соответствующей адресной ши- 20 иой, вторые выводы четвертых резисторов всех каналов преобразования объединены и являются шиной напряжения смещения, второй вывод третьего резистора каждого канала преобразо- 25 вания является соответствующей входной шиной, второй. вход компаратора каждого канала преобразования является шиной нулевого потенциала, Свходы Р-триггеров всех каналов псе- 30 образования объединены с управляющим входом параллельного аналого-цифрового преобразователя и через элемент задержки соединены с выходом элемента ИЛИ каждый 1 Й вход которого со 35 единен с выходом компаратора i-ro канала преобразования, причем второй вывод резистора является шиной опорного напряжения, второй выход блока управления соединен со стробирующим 4О входом компаратора, вход смещения которого является шиной напряжения нулевого уровня, а выход соединен с вычитающим входом. счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с тре-45 тьнм выходом блока управления, установочные входы объединены и являются шиной логической единицы, информационные выходы соединены поразрядно с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя и являются соответствующими шинами старших разрядов, выход переполнения является шиной "Конец преобразования", шинами младших разрядов являются соответствующие выходы параллельного аналогоцифрового преобразователя, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторыми выводами вторых резисторов всех каналов преобразования.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на управляемом генераторе импульсов, генераторе одиночных импульсов, RS-триггере, двух элементах И, счетчике импульсов, дешифраторе, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является шиной сброс, а выход соединен с R-входдм RS-триггера, S-вход кото рого является. шиной запуска, а прямой выход соединен с управляющими входами генератора одиночных импульсов и управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого объединен с входом установки счетчика импульсов, соединен с ин версным выходом генератора. одиночных импульсов и является первым выходом блока, третьим выходом которого является прямой выход генератора одиночных импульсов, а выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчиКа импульсов и является вторым выходом блока.

1444945

Составитель А.Титов

Техред Л.Сердюкова †Коррект С.черни

Редактор И.Сегляник

Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Заказ 6515/57

Производствспп -и лнграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4