Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к информЭ ционно-измерительной технике и может быть использовано в системах сбора данных для контроля параметров образцовых источников. Изобретение позволяет повысить быстродействие устройства. Это достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь 1 напряжения в частоту, генератор 8 тактовых импульсов, блок 7 управления, блок 4 постоянной памяти, адресный счетчик 5, блок 3 сравнения кодов, счетчик 2 тактовых импульсов, регистр 6, введены преобразователь 9 напряжения в частоту, блок 10 смещег кия, адресный счетчик 14, блок 13 постоянной памяти, блок 15 управле ния, блок 12 сравнения кодов, счетчик 11 тактовых импульсов, элементы ИЛИ 16,7,18, элемент ИЛИ-НЕ 19 элемент 20. 2 з.п. ф-лы , 5 ил. S (Л с KD 4ib СХ) ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Д11 4 Н 03 М 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4308557/24" 24 22) 10.08.87 (46) 28.02,89. Бил.Р 8 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Е. Г.Ерофеева, С.В,клевцов и В.П.Фирстов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1132357) кл. Н 03 Х l/60, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1398097, кл, Н 03 11 1/60, 1986. (54) АНАЛОГО-ПИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и может быть использовано в системах сбора данных для контроля v"-раметров об„„SU„„1462482 A i разцовы источников. Изобретение позволяет повысить быстродействие устройства. Это достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь 1 напряжения в частоту, генератор 8 тактовых импульсов, блок 7 управления, блок 4 постоянной памяти, адресный счетчик 5, блок 3 сравнения кодов, счетчик 2 тактовых импульсов, регистр 6, введены преобразователь 9 напряжения в частоту, блок 10 смеще» ния, адресный счетчик !4, блок 13 постоянной памяти, блок 15 управле ния, блок 12 сравнения кодов, счетчик

l1 тактовых импульсов, элементы ИЛИ

16,17,18, элемент ИЛИ-НЕ 19, элемент

Я

И-НЕ 20. 2 э. и. ф-лы, 5 ил.

1462482

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для использования в системах сбора и обработки информации различного назначения > в системах автоматического управления и регулирования.

Целью изобретения является повышение быстродействия, 10

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фин. 2 — функциональная схема блока смещения; на фиг. 3 — функциональная схема блока управления; на фиг.4 — функциональные 15 схемы первого и второго преобразователей напряжения в частоту; на фиг.5 - временные диаграммы работы устройс::" ва.

Аналого-цифровой преобразователь содержит преобразователь 1 напряжения в частоту, счетчик 2 тактовых импульсов, блок 3 сравнения кодов, 5JIOK 4 llOCTORHHOH IIBMHTH адресный счетчик 5, регистр 6, блок 7 управления, генератор 8 тактовых импульсов, преобразователь 9 напряжения в часто-, ту, блок 10 смещения, счетчик 11 тактовых импульсов, блок 12 сравнения 30 кодов, блок 13 постоянной памяти, адресный счетчик 14 блок 15 управления, элементы ИЛИ 16-18,, элемент ИЛИНЕ 19, элемент И-HE 20, выходные шины 21 и 22 генератора тактовых импульсов, входную шину 23, шину 24 запуска, выходную шину 25 преобразова- . теля, выходную шину 26 преобразователя 9, шины 27 и 28 сброса преобразователей 1 и 9, выходную шину 29 блока 10

4, выходную шину 30 блока„ шины 31-35 . управления блока 7 управления, шину

36 конца преобразования, шину 37 сбоя, выходную шину 38 блока 13 выходную шину 39 блока 12 сравнения, шины.40-44 управления блока 15 управления, Блок 10 (фиг.2) содержит резисторы

45 и конденсатор 46, "Блок 7 управления (фиг.3) содержит элементы HE 47 — 51, элементы И 52 "

61, элемент ИЛИ 62.

Первый и второй преобразователи напряжения в частоту (фиг,4) содержат резистор 63 конденcarop 64 ключ 65,55 операционные усилители 66 и 67, Dтриггер 68, источник 69 тока, RSтриггер 70, П триггеры 71, 72 и 73, элемент И 74 и ключ 75. Во втором преобразователе напряжения в частоту неинвертирующий вход усилителя 66 является пятым входом преобразователя, На фиг.5 обозначено: а, б — тактовые импульсы соответственно на выходных шинах 21 и 22; в,г,д,еси гн алы на шин ах управления 31-35 соответственно; ж,з,и,к — соответственно сигналы на шинах управления

40-44; л м,н,о,п — соответственно сигналы на выходах элементов 19-20; р " сигналы на входах регистра 6; с, т — соответственно сигналы на выходах блоков 4 и 13: у, ф — сигналы на выходах адресных счетчиков 5 и 14.

Работа устройства может быть рассмотрена как одновременное функционирование двух идентичных параллель-. но включенных аналого-цифровых преобразователей, на вход одного из которых подается аналоговый сигнал U << а на вход другого. — сигнал Ug +4g (g - шаг квантования АЦП), Преобразователь, на входе которого установлен сигнал U », соответствующий значени; кода m, и преобразователь, на входе которого установлен сигнал Пк„+ 4, соответствующий значению кода m+4 работает аналогично. При этом на первой группе выходов блока 13 в тех случаях, когда на ней присутствует выходной код, хранится значение кодов m-4.

Если последовательность на выходе преобразователя 9 соответствует зна-. чению кода m+4, то из блока 13 в ре гистр 6 записывается код m соответствующий сигналу U> íà входе устрой3 ства. C помощью элементов 16-20 осу-, ществляется выбор минимального из времени определения кодов m или ш+4 и управление всем устройством в целом.

Пусть, например, на входной шине

23 устройства установлен аналоговый сигнал П „, соответствукщий значению кода в=64.,При этом на выходе преобразователя 1 формируется последовательность импульсов, соответствующих коду m =- 64, а на выходе преобразователя 9 — последовательность> соответствующая коду ш+64=68. Время определения значения кода 64 больше времени определения значения кода 68; код 64 определяется в 68-и тактовом интервале, а код 68 — в 19-м тактовом интервале. В этом случае в 19-м такто3 14624 вом интервале на шине 43 формируется сигнал "l на шине 42 — сигнал "0", на шине 36 — сигнал "0" (фиг. 5 и, з, п, фрагмент 1). При этом на шине 34 присутствует сигнал 0", а на шине 33 сигнал "1" (фиг.5 д, г, фрагмен г 1), на шинах 31,35, 40 и 44 — сигнал "0" (фиг. 5 в,е,ж,к, фрагмент 1). С приходом сигнала "1" на шине 43

10 (фиг.5 и) появляется сигнал "1" на выходе элемента 16 (фиг.5 м). Происходит блокировка блока 4: выходы блока 4 устанавливаются в единичное состояние (выходы постоянного запоми- 15 нающего устройства блока 4 с открытым коллектором, фиг.5 с), При этом на выходе элемента 19 формируется сигнал "0" (фиг.5 л),а на информационных входах регистра 6 присутствует код с первой группы выходов блока 13 (для рассматриваемого примера — код

64). По сигналу "1" на выходе элемента 19 (фиг.5 л) происходит запись кода 64, соответствующе"o входному 25 аналоговому сигналу П „ на вхоДной шине 23, в регистр 6 (фиг. 5 о), Сигнал "0 окончания преобразования устройства на шине 36 поступает в преобразователи 1 и 9 (фиг.!), Появляются сигналы обнуления интеграторов преобразователей 1 и 9 (фиг.4). Поступление импульсов по выходным шинам

25 и 26 прекращается, а на выходах регистра 6 присутствует код, соот35 ветствующий входному аналоговому

: сигналу. Дпя рассматриваемого примера ,определения кода 64 время преобразования при . использовании двух преоб- . разователей напряжения в частоту

l сокращается в 3,6 рasа, Работа, устройства в случае, когда в одном из аналого-цифровых преобразователей, например во втором, выполняется обращение по адресу, код 4> которого присутствует на первой группе выходов блока 13 проиллюстрирована диаграммами фиг.5, фрагмент

II.

С появлением сигнала "1" на шине 50

40 управлeíèÿ (фиг.5 ж) появляется сигнал "l" на вхо. е элемента 16 (фиг.5 м) и происходит блокировка блока 4: выходы блока 4 переводятся в единичное состояние (фиг.5 с). При этом яа информационных входах адресно» го сче гчика 14 установлен код с первой группы выходов блока 13, соответствующий новому адресу обращения к

82 4

ПЗУ блока 13 По сигналу "0" на шине

°, 40 управления (фиг.5 ж) информация с информационных входов адресного счетчика !4 передается на его выходы (фиг.5 ф) и происходит обращение к ПЗУ блока 13 по новому адресу (Фиг.5 т).

Работа устройства в случае, когда в одном (по порядковому номеру!!такте у обоих аналого-цифровых преобразователей формируются сигналы "0" окончания преобразования (шины 33, 42,. фи г. 5 г, з ), пр оиллюстриро вана вр еманными диаграммами (фиг.5, фрагмент

IT.I) .

В этом случае на шинах 34 и 43 формируются сигналы "1" (фиг.5 д, и) соответственно по фронтам тактовых импульсоь на шинах 21 и 22 (фиг.5 а, б), а на шинах 33, 42 — сигналы "0" (фиг.5 г, s) . При этом на шинах 31, 35, 40 и 44 присутствует сигнал "0" (фиг.5 в, е,ж,к,фрагмент II) . С появлением сигнала "1" на шине 34 (фиг.5 з) на выходе элемента 17 появляется уровень "1" (фиг. 5 н) . Происходит блокировка блока 13 (фиг.5 т), При этом на выходе элемента 19 формируется сигнал "0" (фиг.5 л), а на информационных входах регистра 6 при", сутствует код, соответствующий входному сигналу с первой группы выходов блока 4. По сигналу "1" на выходе элемента 19 (фиг.5 л) происходит запись кода в регистр 6 (фиг.5 р).

В этом же по порядковому номеру т товом интервале с появлением сигнала "1" на шине 43 (фиг,5 и) появляется сигнал "1 на выходе элемента 16 (фиг. 5 м), Происходит блокировка блока 4 (фиг.5 с). При этом на выходе элемента 19 формируется сигнал "0 (фиг.5, л), а на информационных входах регистра 6 присутствует код с первой группы вы" ходов блока 13, который также соот» ветствует входному сигналу (т.е. в этом случае коды на первых группах выходов блоков 4 и 13 совпадают), По сигналу " 1" на выходе элемента

19 (фиr.5 л) происходит запись кода в регистр 6 (фиг.5 р). Таким образом, произойдет двухкратная запись одного и того же кода в регистр 6.

По сигналам "0" на шинах 33 или 42 формируется сигнал окончания преобразования устройства на шине 36, поступающий в преобразователи l и 9

5 14624 (фиг.1). При этом сигнал "0" на шине 36, сформированный, например > по сигналу "0" на шине 33, появившемуся раньше, чем сигнал "0" на шине

42, не влияет на работу устройства в таком режиме, поскольку адреса обращения к блокам 4 и 13 формируются до появления сиги алов на шинах 33 и

42, т.е. в предыдущем такте. 10

Работа устройства в случае, когда

: в одном (по порядковому номеру) такте в обоих аналого-цифровых преобразователях выполняется обращение по адресам, коды которых присутствуют 15 на первых группах выходов блоков 4 и

13, проиллюстрирована временными диаграммами фиг.5, фрагмент lV.

В этом случае с приходом тактовых импульссз на шины 21 и 22 на шинах 20.

31 и 40 1.ормируются сигналы "1" (фиг.5 в.ж) . С приходом сигнала "!" на шину 31 (фиг.5 в) появляется сигнал "1" на выходе элемента 17 (фиг.5 н) и происходит блокировка 25 блока 13 (фиг ° 5 т). При этом на информационных входах адресного счетчика 5 установлен код с первой группы выходов блока 4, соответствукщий новому адресу обращения к ПЗУ 30 блока 4. По сигналу 0 на шине управления 3! (фиг.5 в) информация с информационных входов адресного счетчика 5 передается на его выходы (фиг.5 у) н происходит обращение к

ПЗУ блоха 4 по новому адресу (фиг.5 с). На выходах адресного счетчика 14 при этом присутствует код, соответствующий адресу предыдущего обращения к блоку 13 (фиг.5 ф), В

1 этом же по порядковому номеру тактовом интервале с приходом сигнала

"1" на шину 40 управления (фиг.5 ж) появляется сигнал "1" на выходе эле45 мента 16 (фиг.5 м), и происходит блокировка блока 4 (фиг.5 с). ПргГ этом на информационных входах адрес ного счетчика )4 установлен код с первой группы выходов блока 13 соот50 ветствующий новому адресу обращения к ПЗУ блока 13. По сигналу "0" на шине 40 управления (фиг.5 ж) информация с информационных входов адресного счетчика 14 передается на его выходы (фиг.5 ф) и происходит обращение к

ПЗУ блока 3 по новому адресу (фиг.5 т). При этом на выходах адресного счетчика 5 присутствует код, соответствукший адресу предыдушего обращения к блоку 4 (фиг.5 у).

Пример формирования сигнала сбоя устройства на шине 37 (фиг.5 о) при наличии сбоя хотя бы у одного из аналого-цифровых преобразователей, например у первого преобразователя (фиг.5 е), представлен на фиг,5 фрагмент V.

С появлением сигнала "1" хотя бы на одной из шин управления 35 или

44 (фиг.5 е,к) форсируется сигнал

"1" на выходе элемента 18 (фиг.5 о), характеризующий сбой устройства..

Работа устройства начинается с прихода нулевого сигнала запуска на шину 24. При поступлении нулевых тактовых импульсов по выходным шинам 21 и 22 на шинах 27 и 28 формируются сигналы сброса (нулевые), длительность которых равна периоду тактовых импульсов. По сигналам сброса на шине

27 устанавливаются в "0" счетчик 2, адресный счетчик 5, регистр 6 и Dтриггер преобразователя 1. По сигналу сброса на шине 28 устанавливаются в

"0" счетчик 11, адресный счетчик 14 и D-триггер 58 преобразователя 9, Все возможные случаи взаимодействия обоих аналого-цифровых преобразователей описаны вышее.

Повышение быстродействия достига" ется путем использования специфического характера зависимости времени преобразования от входного сигнала.

Эта зависимость имеет характер, близкий к периодическому, что позволяет, используя два аналогичных преобразователя с таким сдвигом по входному сигналу, чтобы пики харак- теристики одного преобразователя совмещались с провалами характеристики другого преобразователя, получить более чем двукратное повышение быстродействия устройства. Величина сдвига в квантах выбирается иэ условия максимального выигрыша в быстродействии и прямо пропорциональна разрядности аналого-цифрового преобразователя, Например, для 0 7 по сравнению с прототипом максимальное время преобразования сокращается в 5 раз.

При этом 98,4Х кодов определяются в устройстве меньше чем за 37, a в известном устройстве — меньше, чем эа 86 Г (7 — период тактовых импульсов) °

1462482 формул а изобретения

1.Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с тактовым входом первого счетчика тактовых импульсов, с первым входом первого преобразователя напряжения в частоту и с первым входом первого блока. управления, второй вход которого соединен с первым выходом перво-. го преобразователя напряжения в частоту, третий вход соединен с выходом первого блока сравнения кодов, четвертый вход соединен с выходом первого блока постоянной памяти, а первый и второй выходы первого блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими вхо" 2О дачи первого адресного счетчика, вход сброса которого соединен с вторым выходом первого преобразователя напряжения в частоту, входами сброса первого счетчика тактовых импульсов - 25 и регистра, информационные входы ко торого объединены с соответствующими информационными входами первого адресного счетчика и соединены с соответствующими выходами первой группы ЗО выходов первого блока постоянной памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами первого адресного счетчика,.вторая группа выходов первого блока постоянной памяти соответственно соедине-. на с первой группой входов первого блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами первого счетчика тактовых импульсов, второй вход первого преобразователя напряжения в частоту является входной шиной, тре.тий вход является шиной запуска, выходы регистра являются выходными шинами, отличающийся .тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй преобразователь напряжения в частоту, втоPOA 6JIOK BOCTOHHHOA IIBMRTH> HTOPOH адресный счетчик, второй блок управления, второй блок сравнения кодов, второй счетчик тактовых им— пульсов, блок смещения> три элемента

ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, элемент И-HE первый вход которого соединен с третьим выходи первого блока управпения, а выход соединен с четвертым входом первого преобразователя напряжения в частоту и является шиной конца пре— образования, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго блока управления, тактовым входом второго счетчика тактовых импульсов и первым входом второго преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого является входной шиной, третий и четвертый входы объединены соответственно с третьим и четвертым входами первого преобразователя напряжения в частоту пятый вход соединен с выходом блока смещения, первый выход второго преобразователя напряжения в частоту соединен с вторым входом второго блока управления, второй выход — с входами сброса второго адресного счетчика и второго счетчика тактовых импульсов, причем третич вход второго .блока управления соединен с выходом второго блока сравнения кодов, первый выход — с первым входом первого элемента ИЛИ и первым управляющим входом второго адресного счетчика,второй выход — с вторым управляющим входом второго адресного счетчика, управляющий вход регистра соедин" í с выходом элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и соединен с четвертым выходом первого блока управления, второй вход второго элемента

ИЛИ соединен с первым выходом первого блока управления, а выход соединен с управляющим входом второго блока постоянной памяти, первая груп» па выходов которого соединена с соответствующими информационными входа ; ми регистра и второго адресного счетчика, выходы которого соединены с адресными входами блока постоянной памяти, вторая группа выходов которого соединена соответственно с перврй группой выходов второго блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами второго счетчика тактовых импульсов, выход второго блока постоянной памяти соединен с четвертым входом второго блока управления, третий выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, четвертый выход соединен с вторыми входами первого элемента ИЛИ и элемента ИЛИНЕ, пятый выход соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с пятым выхо1462482

nepaoro блока yrrpaa. erré, а выход является линией сбоя, выкад первого элемента ИЛИ соединен с управляющим входом первого блока постоянной памяти.

2. Аналого-цифровой преобразовательпоп.1,отличающийся тем, что каждый блок управления выполнен на пяти элементах НЕ, десяти элементах И и элементе ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока, первый и второй входы соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы которых объединены с первыми, входами третьего, четвертого и пятого элементов И и соединены с выходомпервого элемента HF, вторые входы первого., второго, третьего, четверто- 20 го и пятого элементов И соединены соответственно с выходами шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И, первый, четвертый, третий и второй входы блока являются 25 соответственно входами первого, вто рого, третьего и четвертого элементов

НЕ, входы которых объединены с первыми входами десятого, шестого и девятого элементов И, выход четверто- 30 го элемента НЕ соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементовв И. вторые входы которых объедине" ны с вторыми входами девятого и деся того элементов И и входом третьего элемента HE третий вход десятого элемента И объединен с третьим входом сельмого элемента И и входом второго элемента НЕ> выход которого соединен с третьими входами восьмо- 40 го и девятого элементов И, выход третьего элемента HE соединен с вторым входом шестого элемента И, выход пятого элемента И соединен с входом пятого элемента HE и является четвер- 45 тым выходом блока, третьим, вторым и первым выходами блока являются соответственно выходы пятого элемента

НЕ, третьего и четвертого .элементов

И. 50

3, Аналого-цифровой преабразовательпоп.1,отличающийся тем, что первый преобразователь напряжения в частоту выполнен на резисторе, конденсаторе, двух ключах, двух операционных усилителях, источнике тока, четырех D"òðèããåðàõ, RSтриггере, элементе И, первый вход которого объединен с--С-входом первого D-триггера и является первым вхо- . дом преобразователя, второй вход соединен с инверсным выходом второго

D-триггера, а выход соединен с Свходом третьего D-триггера, R-вход которого объединен с R-входом второго

В-триггера, D-входом четвертого Dтриггера и соединен с прямым выходом

RS-триггера, D-вход третьего D-триггера объединен с R-входом первого

D-триггера, С-входом второго D-триг- гера, соединен с инверсным выкодом третьего 9-триггера и является вторым выходом блока, прямой выход первого D-триггера соединен с управляющим входом первого ключа и является первым выходом блока, информаци"

Ф онный вход первого ключа через источник тока соединен с шиной напряжения отрицательной полярности, выход первого ключа соединен с информационным входом второго ключа, инвертирующим входом первого операционного усилителя, первой обкладкой конденсатора и первым выводом резистора, второй вывод которого является вторым входом блока, выход второго ключа объединен с второй обкладкой конденсатора, выходом первого операционного усилителя и соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертирующие входы пер ного и второго операционных усилителей являются шиной нулевого потенциала, выход второгс операционного усилителя соединен с D-входом первого

D-триггера, прямой выход третьего

D-триггер- соединен с С-входом четвертого D-триггера, R-вход которого объединен с R-входом RS-триггера и является третьим входом блока, ин" версный выход четвертого D-триггера соединен с управляющим входом второго ключа.

1462482

1462482 а»

И

3 г

О

Р

И

П

Р

9 ф

Составитель В. Солодова

Техред М.Ходанич

Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Веселовская

Заказ 736/56 Тираж 879 Подписное

ВНИИПЯ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауп!скан наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101