Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизированных системах измерения параметров широкополосных термофизических сигналов с большим диапозоном изменения амплитуд.Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность и повысить быстродействие. Это достигается тем, что в устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь 1 считывания, регистр 20, блок 3 синхронизации, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 9 суммирования, элемент И 15, введены дифференциальный усилитель 2, триггеры 10, 11, 12, 13, формирователи 18, 19 импульсов, элемент И 14, элементы ИЛИ 16, 17, счетчики 6, 7, блок 8 умножения, запоминающее устройство 5. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„49599 (sg) 4 Н 03 М 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВИИ638М

ПИЕНТНя ТЕХйнЧЕСИАЯ

БИБЛИО i Ег.A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4345891 /24-24 (22) 17.12.87 (46) 23.07.89. Бюл. Р 27 (75) В,Н.Судариков (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 822349, кл. Н 03 М 1/18, 1979, Авторское свидетельство СССР

У 1312733, кл. H 03 М 1/18, 1986. (54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизированных системах измерения параметров широкополосных термофизических сигналов с большим диапазоном изменения амплитуд. Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность и повысить быстродействие. Это достигается тем, что в устройство, содер жащее аналого-цифровой преобразователь 1 считывания, регистр 20, блок

3 синхронизации, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 9 суммирования, элемент И 15, введены дифференциальный усилитель 2, триггеры 10 — 13, формирователи 18 и 19 импульсов, эле мент И 14, элементы ИЛИ 16 и 17, счетчики 6 и 7, блок 8 умножения, запоминающее устройство 5. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1495991

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизированных системах измерения параметров ши- 5 рокополосных периодических сигналов с большим диапазоном измерения амплитуд.

Целью изобретения является умень . шение динамической погрешности и по- 10 ,, вышение быстродействия.

1

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2— функциональная схема блока синхронизации„ на фиг. 3 — функциональная 15 схема запоминающего устройства; на .фиг. 4 — временные диаграммы работы

1 устройства (Х вЂ” неопределенное значение) .

Устройство содержит аналого-цифра- 20 (,вой преобразователь (АЦП) 1 считы .вания, дифференциальный усилитель 2, блок 3 синхронизации, цифрованалоговый преобразователь 4, запоминающее ,.устройство 5 (ЗУ), счетчики б и 7,, блок 8 умножения, блок 9 суммирования, триггеры 10 13, элементы И 14 и 15, элементы ИЛИ 16 и 17, формирователи

18 и 19 импульсов, регистр 20, входную шину 21, неинвертирующий 22 и ин- 30 вертирующий 23 входы дифференциального усилителя, информационный вход

24 АЦП 1, выход 25 блока 3. вход 26

АЦП 1, вход 27 триггера 10, выход 28 блока 3, шину 29 синхронизации, вход 35

30 триггера 10, вход 31 триггера 11, шину 32 пуска, вход 33 триггера 11, входы 34 и 35 счетчиков 6 и 7, вход

36 триггера 13, вход 37 триггера 12, шину 38 считывания, выход 39 счетчи- 40 ка 6, вход 40 триггера 11,, вход 41 триггера 12, входы 42 и 43 триггера

13, выход 44 счетчика 7, вход 45 триггера 13, шину 46 готовности, выходы 47 счетчика 6, входы 48 и 49 45

ЗУ 5, выходы 50 счетчика 7, вход 51 и выходы 52 ЗУ 5.

Блок 3 синхронизации (фиг. 2) содержит включенные последовательно генератор. 53 импульсов, счетчик 54, 50 формирователь 55 импульсов и элемент

56 задержки, вход 57 счетчика 54.

Запоминающее устройство 5 (фиг.3) содержит блок 58 памяти формирова1 55 тель 59 импульсов, входы 60 — 62 блока 58.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений из внешнего устройства на шину 32 пуска передается импульс (фиг. 4а), поступающий на вход 33 триггера 11, вход 37 триггера 12, входы 34 и 35 счетчиков 6 и 7 и вход 36 триггера 13. При этом на выходах триггеров 11 и 12 формируется уровень логической "1" (фиг.4б и в соответственно), на выходах 47 счетчика 6 и на выходах 50 счетчика

7 формируются коды ".00" (фиг. 4г, д), а на выходе триггера 13 формируется логический "0" (фиг.4е), поступающий на шину 46 готовности °

Логическая "1" с выхода триггера

11 (фиг.4б) поступает на вход блока 3 и далее на вход 57 счетчика 54, устанавливая его в исходное состояние, которое остается неизменным, несмотря на наличие импульсов генератора 53 на его входе (фиг.4ж).

Логическая "1" с выхода триггера

12 (фиг. 4в) поступает на второй вход элемента ИЛИ 16, устанавливая на его выходе логическую "1" (фиг.4э), поступающую на второй вход элемента

И 14 и поддерживающую его в открытом состоянии.

Код "00" выходов 47 счетчика 6 (фиг. 4г) поступает на входы 48 ЗУ 5 и далее на входы 61 блока 58, возбуждая в нем соответствующую ячейку памяти.

Код "00" с выходов 50 счетчика 7 (фиг. 4д) поступает на первые входы гблока 8, также формируя на его выхо дах нулевое значение кода (фиг.4и), Состояние выходов блока 8 (фиг.4и) поступает на вторые входы блока 9 и на входы цифроаналогового преобразователя 4, нулевое значение напряжения с выхода которого (фиг.4к) поступает на вход 23 дифференциального усилителя 2.

В таком состоянии устройство может находиться сколь угодно долго в ожидании поступления измеряемой информации.

Импульс синхронизации, сопровождающий или опережающий измеряемый периодический сигнал, в произвольный момент времени поступает иэ внешнего устройства на шину 29 синхронизации (фиг. 4л) и далее на вход 30 триггера 10 и вход 31 триггера 11.

При этом на выходе триггера 10 формируется логическая "1" (фиг. 4м), поступающая на вход 43 триггера 13, а

1495991 ные значения сигнала на информационном входе 24 АЦП 1 и занося все результаты измерения, в том числе нулевые и соответствующие превышению диапазона D преобразователя 1, в выбираемые последовательно ячейки памяти ЗУ 5. При этом коды АЦП 1, соответствующие превышению его диапазона D вызывают появление в соответствующем такте логической "1" на выходе элемента И 15, которая поступает на вход 27 триггера 10 и устанавливает на его выходе логический "0 (фиг. 4м), поступаюций, в свою очередь, на информационный вход 43 триггера 13.

При переполнении сигнала 6, происходящем после окончания измеряемого сигнала на входной шине 21 (фиг.4п), на его выходе 39 формируется сигнал, поступаюций на счетчик 7 и устанавливаюций на его выходах 50 код следующего числа, в данном случае числа

"01" (фиг. 4д), которое поступает на первые входы блока 8. При этом на выходе блока 8 формируется код числа

Е (фиг. 4и), поступающий на вторые входы блока 9 и на входы цифроаналогового преобразователя 4, сигнал с выхода которого (фиг. 4к) поступает на вход 23 дифференциального усилителя 2 и смещает его выходной сигнал на соответствующую величину (фиг ° 4о).

Кроме того, сигнал с выхода 39 счетчика 6 запускает формирователь 18, импульс которого (фиг. 4у) поступает на входы 40 — 42 триггеров 11 — 13 соответственно. При этом триггер 11 переключается и на его выходе форми-. руется логическая "1" (фиг. 4б), поступаюцая через вход блока 3 на вход

57 счетчика 54 и устанавливающая его в исходное начальное состояние, на выходе триггера 12. формируется логический "0". (фиг. 4в), снимающий логическую "1" с выхода. элемента ИЛИ 16 (фиг. 4з), а на выход триггера 13 (фиг. 4е) с выхода триггера 10 (фиг. 4м) переписывается логический

"0", поступающий на шину 45 готовности н указываюций на незавершенность процесса измерения периодического аналогового сигнала.

Следуюций импульс с шины 29 синхронизации (фиг. 4л) сбрасывает в

"0" триггер 11 (фиг. 4б) и начинает новый цикл измерения мгновенных значений сигнала на входной шине 21 на выходе триггера 11 формируется логический "0" (фиг, 4б), поступающий через блок 3 на вход 57 счетчика 54 и устанавливающий его в счетный

5 .. режим, вследствие чего состояние счетчика 54 начинает изменяться под действием импульсов генератора 53 (фиг. 4ж).. При переполнении счетчика 54 запускается формирователь 55, 10 импульс которого (фиг. 4н) поступает на вход элемента 56 задержки и через выход 25 блока 3 на вход 26 АЦП 1, инициируя процесс преобразования информации, поступающей на его вход 24 с выхода дифференциального усилите.ля 2 (фиг. 4о), сигнал которого, в свою очередь, определяется сигналом на входной шине 21 (фиг. 4п).

После завершения процесса преоб- 20 разования на выходе АЦП 1 формируется код некоторого числа Z, (фиг. 4р), которое, в частности, может быть равно нулю. Сигнал с выхода АЦП 1 поступает на входы элементов И 15 и ИПИ 16, 25 а также на первые входы блока 9, на вторые входы которого с выходов блока 8 поступает код "00" (фиг. 4и) .

При этом на выходе блока 9 также формируется код Z>=Z1 (фиг. 4с), поступающий на входы 49 запоминающего устройства 5 и далее на входы 62 блока 58.

Импульс с выхода элемента 56 (фиг. 4т) через выход 28 блока 3 поступает на первый вход элемента ИЛИ

17 и далее на счетный вход счетчика 6.

Вместе с тем импульс с выхода 28 блока 3 через элемент И 14, поддерживаемый в открытом состоянии логической

"1" с выхода элемента ИЛИ 16 (фиг.4э), поступает на вход 5 1 ЗУ 5 и далее на вход формирователя 59, что .приводит к его возбуждению и осцилляции импульса на входе 60 блока 58, в нулевой

45 ячейке которого фиксируется результат первого измерения Z временная неопределенность которого (фиг ° 4ж) не превышает половины периода генератора 53.

После завершения записи в блоке 58

ЗУ 5 и окончания импульса на выходе

28 блока 3 (фиг. 4т) на выходах 47 счетчика 6 формируется код числа "01" (фиг. 4г)., поступаюций на входы 48

3У 5 и возбуждаюций следующую ячейку

его блока 58.

В дальнейшем устройство работает аналогичным образом, измеряя мгновен7 149599 (фиг. 4п), причем, поскольку на выходе триггера 1,2 присутствует логический "0" (фиг. 4в), в этом и последующих циклах измерения в. ЗУ 5 заносятся олько результаты измерения, отличные 5 т нуля, которые частично замещают аписанную в него ранее информацию.

В дальнейшем устройство работает налогичным образом, увеличивая после аждого цикла измерения смещение диференциального усилителя 2 на соотетствующую величину и измеряя параетры соответствующего амплитудного слоя" входного сигнала. При этом, сли сигнал на входной шине находится пределах рабочего диапазона D .устойства, в одном из циклов измерения ереполнения разрядной сетки A5I 1

te происходит, поэтому к концу этого икла на выходе триггера 10 сохранятся логическая "1", которая по им- . ульсу формирователя 18 переписываетя в триггер 13 (фиг. 4е). Если на ходной шине 21 сигнал превышает раочий диапазон О, по истечении соотетствующего времени происходит перелнение счетчика 7,. сигнал с выхода 44 которого запускает формирователь 19, импульс которого, в свою

30 очередь, поступает на вход 45 триггера 13 и устанавливает на его выходе логическую "1", которая через шину

46 готовности поступает во внешнее устройство для индикации окончания измерения. 35

После получения сигнала готовности с шины 46 внешнее устройство пре-. кращает формирование импульсов на шиzk 29 синхронизации и считывает инфбрмацию с выходов 52 (фиг, 4ф), на 40 которых присутствует резуЛьтат перaoro измерения Z который считываетсн из нулевой ячейки ЗУ 5, возбуждаемого нулевым состоянием выходов 47 счетчика б (фиг. 4г) . После считыва- 45 нйя первого числа из внешнего устройства поступает импульс на шину 38 .считывания (фиг. 4х), который через элемент ИЛИ 17 поступает на вход счетчика,б и изменяет состояние его выходов 47 (фиг. 4г), что приводит к возбуждению следующего адреса ЗУ 5, информация с выходов которого через выходные шины 52 поступает во внеш,нее устройство, в котором после пода-55 чй соответствующего количества им-, пульсов на шину 38 считывания, формируется полный массив данных, отражающий результат измерения.

1 8

Устройство позволяет свести динамическую погрешность измерения к погрешности синхронизации цифровых сигналов, которая может быть уменьшена наращиванием разрядности счетчика 54, а также существенно сократить длительность измерения за счет перехода от единичного измерения на каждом входном сигнале к "послойному" измерению совокупности амплитуд, попадающих в заданный амплитудный диапазон.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, первый элемент И, регистр и блок синхронизации, первый выход которого соединен с входом пуска аналого-цифрового преобразователя считывания, выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока суммирования, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности и повышения быстродействия, в него введены блок умножения, запоминающее устройство, два счетчика, четыре триггера, второй элемент И, два элемента ИЛИ, два формирователя импульсов, дифференциальный усилитель, причем входной шиной является неинвертирующий вход дифференциального усилителя, инвертирующий вход и выход которого соединены соответственно с выходом цифроаналогового преобразователя и с информационным входом аналого-цифрового преобразователя . считывания, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого элемента И, второй вход которого объединен с первыми входами второго элемента И и второго элемента ИЛИ и соединен с вторым выходом блока синхронизации, выход первого элемента И соединен с входом установки в "0" первого триггера, вход установки в "1" которого объединен с входом установки в "0" второго триггера и является шиной синхронизации, выход первого триггера соединен с информационным входом третьего триггера, вход установки в "1" которого через первый формирователь импульсов соединен с выходом переключения первого счетчика, вход синхронизации объединен со счетнымвходом второго триггера„ входом уста1495991

10 новки в 0 четвертого триггера и соединен с выходом второго формировафв е( теля импульсов, вход установки в 0 третьего триггера объединен с входа. ми установки в " 1 " второго и четвертого три гг е ров, с установочными входами первого и второго с четчико в и является шиной Пуск ", выход т р ет ье го триггера является шиной готов- 1 0 ности, выход четвертого триггера соединен с вторым входом первого эл емента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом 1 5 записи запоминающего устройства, информационные входы которого со едине ны с соответствующими выходами бл ока суммирования, адресные входы з апомин ающего устройства соединены с 20 соответствующими выходами второго счетчика, а выходы являются выходной информационной шиной, выход переполнения второго счетчика соединен с входом второго формирователя им- 25 пульсов и. счетным входом первого счетчика, счетный вход. второго счет-: чика-соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого является шиной считывания, выход второго 30 триггера соединен с входом блока синхронизации, выходы первого счетчика соединены с соответствующими первыми входами блока умножения, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами регистра, входы которого являются шиной кода, выходы блока умножения соединены соответственно с вторыми входами блока суммирования и входами цифроаналогового преобразователя °

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок синхронизации выполнен на последовательно соединенных генераторе импульсов, счетчике, формирователе импульсов и элементе задержки, установочный вход счетчика является входом блока, первыми и вторыми выходами которого являются соответственно вход.и выход элемента задержки.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что запоминающее устройство выполнено на последовательно соединенных формирователе импульсов и блоке памяти, адресные и информационные входы которого являются соответственно адресными и информационными входами запоминающего устройства, выходами которого являются выходы блока памяти, вход формирователя импульсов является входом записи запоминающего устройства.

1495991

g ХХ

ХХ

Z ХХ100 00

Of 02... 00...

A ... OO Of O2... К -f... I02...00 IN... у, ХХ

° ° °

ХХ

ХХ

М

ХХ

ХХХХХ

1I IZ I I gg

Х Х Х ХХХ Х Х Х A Õ ХХ Х Х Х ХХ Х

IZ 1Е 2 t 2У

Язиерем е

Счиаь!Вание

Составитель A.Òèòîí

Редактор И.Шмакова Техред Л.Олийнык Корректор Л.Бескид

«««

«) =1акаэ 4286/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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