Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к импульсной технике, и , в частности, к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) является наличие дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения, которые необходимы для коррекции предварительного результата преобразования и устранения погрешностей от изменения параметров АЦП. Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения дополнительных затрат времени. Известный АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту с входным переключателем, три счетчика, генератор импульсов, два триггера, одновибратор, логические элементы. Поставленная цель достигается введением регистра, распределителя импульсов, триггера, трех одновибраторов, двух формирователей импульсов и логических элементов, благодаря которым в АЦП во время измерения производится коррекция результата преобразования и тем самым повышается быстродействие предлагаемого АЦП. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК с50 4 Н .03 M 1/60

ЕЖОВ

llkTEHTHO-Т АБ ЛИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ VHHT СССР (21) 4360701/24-24 (22) 08.01.88 (46) 30.08.89. Бюл. )) 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Л.М.Лукьянов и П.М.Аникии (53) 681.325(088.8) (56) Прянишников В.А.Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л,: Энергия, 1976, с. 169.

Авторское свидетельство СССР

У 1150769, кл. Н 03 М 1/60, 1985. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВО)) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульснрй технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового преобразоваИзобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения s цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов.

Цель изобретения — повышен «е б. стродействия.

На фиг. 1 изображена блок-схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

„.,SU„„1504789 А 1

2 теля (АЦП) является наличие дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения, которые необходимы для коррекции предварительного результата преобразования и устранения погрешностей от изменения параметров АЦП. Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения дополнительных затрат времени. Известный АЦП содержит преобраэо)ватель напряжения в частоту с входным переключателем, три счетчика, генератор импульсов, два триггера, одновибратор, логические элементы. Поставленная цель достигается введением регистра, распределителя импульсов, триггера, трех одновибраторов, двух формирователей импульсов и логических элементов, благодаря которым в

АЦП во время измерения производится коррекция результата преобразования и тем самым повышается быстродействие предлагаемого АЦП. 2 ил.

АЦП содержит входные шины 1, 2 преобразуемого U и опорного U напряжений, шину 3 пуска АЦП в работу,. выходную шину 4 результата преобразования, шину 5 "Готовность" результата преобразования, переключатель 6, преобразователь 7 напряжения в частоту импульсов (ПНЧ), счетчики 8—

)О импульсов, генератор 11 импульсов, триггеры )2 — 14, одновибраторы 15 — 18, регистр 19, распределитель 20 импульсов, формирователи 21

1504789

ПНЧ 7 имеют частоту Р„KU „и проходят через элементы И 23 и ИЛИ 28 ! на вход счетчика 8, где формируют код ))1, и на вход распрделителя 20.

В нем с каждым импульсом F íà выходах последовательно со сдвигом во времени появляются импульсы. Эти импульсы проходят только через те элементы И 31, у которых на входах от разрядов регистра 19 присутствуют сигналы "1". Поэтому в счетчике 10 а выполняется поразрядное суммирова- . ние, и находяцийся в нем код с каж15 дым импульсом F „ увеличивается на и, а при получении числа и д происходит

его переполнение (n o — емкость счетл- чика 10).

Время измерения Т формируется

20 счетчиком 9, имеющим емкости младших и старших разрядов г.о и N,. На вход поступают импульсы частоты f, поэтому через noN, импульсов наступает его переполнение. Этим сигналом в триггере 12 установится "О". тр Преобразование U „заканчивается. Время измерения U1„ðàâíî Т = и Мо/Г.

За это время в счетчик 8 от ПНЧ 7 поступит N = KU„T „импульсов, а

ЗО nN также — — импульсов переполнения от по счетчика 10 через элемент ИЛИ 28.

К окончанию То в счетчике 8 будет получен результат преобразования: (t.+ — ) = KU n N (1+ — )и п 1

1Х= 1 П Х O î П лучим

3 и 22 импульсов, элементы И 23-27, элементы ИЛИ 28 — 30, группу элемен тов И 31.

На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены: 32 — сигнал пуска АЦП в работу; 33 — импульс одновибратора

15; 34-36 - сигналы на выходах "1" триггеров 12, 13 и 14 соответственно; 37 — импульсы с выхода ПНЧ 7;

38 — временные интервалы работы рас пределителя 20; 39 — импульс переполнения счетчика 10; 40 — сигнал н выходе "О" одновибратора 16; 41 сигнал на шине 5; 42 — сигнал на вь ходе "О" одновибратора 18, АЦП работает следующим образом.

В моменты времени, когда не выпо няется преобразование входного сигнала U к ПНЧ 7 подключено опорное напряжение Б . Выходные импульсы

F o = KU, (К вЂ” коэффициент преобразо вания ПНЧ) с выхода ПНЧ 7 через эле мент ИЛИ 30 последовательно запуска ют формирователи 21 и 22. Импульс первого из них записывается в регис код и из младших разрядов счетчика

9, а импульс формирователя 22 устанавливает через элемент ИЛИ 29 в последнем код "0 . На вход счетчика

9 поступают импульсы от генератора

11 с частотой f = n,Fo . За время од ного периода Fo в нем накопится

f число п, = =- = п +и, где по — ем о кость младших разрядов счетчика 9, f 1 или п = — =n +n откуда n= — — — и.

К11 К т Q о о

Изменения во времени и от температуры параметров элементов генератора

11 и ПНЧ 7 приводят к изменению величины п, которая с каждым импульсом

Fo записывается в регистр 19 и используется в процессе преобразования„ 45

Преобразование начинается по отрицательному перепаду сигнала 32 пуска АЦП, запускакщему одновибратор 15, выходной импульс 33 которого устанавливает коды "0 в счетчиках

8, 10 и 9, а отрицательным перепадом — "О" в триггер 14, "l" в триггер 12, Выходной сигнал 34 триггера 12 с помощью переключателя 6 подключает к ПНЧ 7 выходной сигнал U „,,эапрецает прохождение импульсов F„ 37 через элемент ИЛИ 30 и разрешает работу элемента И 23. Выходные импульсы 37

Подставив значение n = --,— — n noу; о о

f 1

N. = KU n N () + ----- — ))—

Х Х О О п о о

ЦХ

= --N о

Таким образом, благодаря использованию величины и, характеризующей изменение параметров f и К а АЦП, и корректировке кода N1 в процессе преобразования U за время То сформулирован окончательный результат преобразования И„, в котором составляющие погрешности от изменения параме тров АЦП от сут ст вуют .

Требуемая точность измерения 1/F, для получения и и соответствующего ей значения частоты f генератора 11 может быть достигнута при условии выполнения корректировки кода N, на

1504789 в счетчике 9.

25

55 единицу, вызванную изменением f и К, при преобразовании U„ .= U в код N, о когда Б, = )1, — 1. В результате преобразования должен быть получен код

Ир (Ч вЂ” 1) (1 + n „), откуда

n „ — —, поэтому величина и должна о быть не меньше (N — ) ), а частота генератора 11 f >i Fo (Н, — 1). Это определяет объем счетчика 10 и объем младших разрядов счетчика 9, которые должны быть не менее (N — 1).

По окончании очередного преобразования в АЦП формируется новое значение и. С установкой "0" в триггере 12 в триггер 13 записывается "1". Сигнал

35 с выхода "1" триггера 13 разрешает работу элементов И 24 и 25, через последний из которых первый импульс

F 37 от ПНЧ 7 проходит на счетный вход триггера 14, записывая в нем "1", Этот же импульс запускает формирователи 21 и 22, но записываемый в регистр код п может не соответствовать величине 1/Р, так как с выхода ПНЧ ? первый импульс после То может появиться через время, меньшее 1/У,, изза остаточного заряда от Ux в интегрируняцем конденсаторе ПНЧ 7. Поэтому следуюцее преобразование может выполняться только после записи нового значения и вторым импульсом F 37, который в триггере 14 установит "0", а сигнал 36 с его выхода "1" отрицательным перепадом установит "0" в триггере 13 (сигнал 35). Сигнал с выхода "1" последнего используется в качестве сигнала как об окончании преобразования, так и о готовности

АЦП к выполнению нового преобразования.

Сигнал 41 подается на клемму 5 с выхода элемента И 24. Благодаря наличию сигнала 40 от одновибратора 16, запускаемого в работу с окончанием Т и предназначенного для формирования задержки на время появления дополнительного импульса от переполнения счетчика 10, сигнал 41 формируется с задержкой во времени, исключакщей возможность считывания недостоверного кода от переходного процесса в счетчике 8, вызванного этим импульсом переполнения.

В АЦП введены элементы И 26, одновибратор 17 и элемент ИЛИ 30, благодаря которым исключается возможность записи недостоверного кода и в регистр l9 при совпадении импульсов и F во время переходного процесса

В этих случаях запускается одновибратор 17 и на выходе элемента ИЛИ

30 сигнал F удлиняется на время дли: тельности импульса этого одновибратора, что обеспечивает запись кода после упомянутого переходного проце сс а., Запись недостоверного кода и может произойти при совпадении импульсов и F к моменту запуска MIII в работу.

Поз гому в AIUI установка кода "О" в счетчике 9 осуцествляется при помоши элемента И 27 и одновибратора 18, запускаемого положительным перепадом сигнала 33. Сигналы 33 и 34 запрещают работу элемента 30 с момента появления отрицательного перепада сигнала

32, а в случае запуска к этому моменту от F формирователей 21 и 22 происходит сначала запись в регистр 19 нового значения и и только после этого через время длительности импульса одновибратора 18 происходит установка кода "0" в счетчике 9, так как сигнал на выходе элемента И 27 появится позже по сравнению с сигналом

33. Это исключает запись недостоверного кода и в регистр )9 и позволяет начинать преобразование U „ з любсй момент времени после сигнала 41, ко" торый формируется в АЦП через время, не превышаюшее 2/F, после Т . В АЦП результат преобразования N„ ïoëó÷àåòся с окончанием Т, а дополнительные затраты времени на подготовку преобразователя к следующему преобразованию не превьппают 2/F формул а изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержаший переключатель, первый вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а выход соединен с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера и с управлякк им входом переключателя, первьп, второй и третий счетчики, первьп одновибратор, вход которого является пусковой шиной преобразователя, а выход соединен с входами обнуления первого и третьего счетчи!

504789

° ков и с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичный выход которого соединен с первыми входами второго и третьего

; элементов И, генератор импульсов, вы;ход которого подключен к первому вхо,ду четвертого элемента И и к счетному входу второго счетчика, первый эле- О мент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выс ходы которого являются выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия,15 в него введены регистр, распределитель импульсов, третий триггер, второй, третий и четвертый одновибраторы, первый и второй формирователи импульсов, пятый элемент И, группа эле- 20 ментов И, второй и третий элементы

ИЛИ, причем выход пятого элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента

ИЛИ через первый формирователь импуль-25 сов подключен к входу записи кода регистра и к входу второго формирователя импульсов, выход которого соеди— нен с вторым входом второго элемента

ИЛИ, выход которого подключен к входу ЗО установки обнуления второго счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами регистра, первый ( вход третьего элемента ИЛИ соединен

| с выходом третьего одновибратора, вход которого соединен с выходом чет вертого элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ объединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту импульсов, третий вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом первого одновибратора и объединен с нулевым входом третьего триггера, с входом четвертого одновибратора и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого одновибратора, четвертый вход третьего элемента ИЛИ соединен с управляющим входом переключателя, второй вход которого является шиной опорного напряжения, второй вход второго элемента И соединен с выходом второго одновибратора, вход которого объединен с единичным входом второго триггера и с выходом переполнения второго счетчика, выход первого элемента И соединен с входом распределителя импульсов и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения третьего счетчика, счетные входы младших разрядов которого соединены с соответствуницими выходами элементов И группы, первые входы которых подключены к соответствующим выходам регистра, а вторые входы — к соответствукцим выходам распределителя импульсов, счетный вход третьего триггера соединен с выходом третьего элемента

И, а единичный выход — с нулевым входом второго триггера, выход второго элемента И является шиной "Готовност ь результата преобразования.

l504789

91

41

Составитель Н. Козлов

Редактор А.Маковская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.,Борисова

Заказ 5266/55 Тиразк 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", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101