Следящий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для преобразования быстроизменяющихся аналоговых сигналов в цифровой код. Изобретение позволяет повысить точность преобразования аналоговой величины в код за счет уменьшения динамической погрешности. Для этого в следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий нуль-орган 12, вычитатель 11, цифроаналоговый преобразователь 7, реверсивный счетчик 1, первый накапливающий сумматор 2, введены два блока 3 и 4 умножения, генератор 8, управляемый напряжением, блок 9 выделения модуля и распределитель 16 импульсов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1562972 А1 (gy)g Н 03 M 1/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. 1 (21) 4457493/24-24 (22) 08,07,88 (46) 07.05.90. Бюл, № 17 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Н,Н,Буров, А.С,Востриков и А,Б,Жуков (53) 681 ° 325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 546099, кл, Н 03 M 1/48, 1975.

Авторское свидетельство СССР

1338073, кл, .Н 03 M I/48, 1985 ° (54) СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники

2 и может использоваться для преобразования быстроизменяющихся аналоговых сигналов в цифровой код, Изобретение позволяет повысить точность преобразования аналоговой величины в код за счет уменьшения динамической погрешности, Для этого в следяющей аналогоцифровой преобразователь, содержащий нуль-орган 12, вычитатель 11, цифроаналоговый преобразователь 7, реверсивный счетчик 1, первый накапливающий сумматор 2, введены два блока 3 и 4 умножения, генератор 8, управляемый напряжением, блок 9 выделения модуля и распределитель 16 импульсов, 1 нл, 3

1562972

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться для преобразования быстроизменяющихся аналоговых сигналов

В ЦИфРОВОИ КОД е

На чертеже изображена функциональная схема п реоб ра зова теля, Следящий аналого-цифровой преобра:,зователь содержит реверсивный счет- 0 чик 1 импульсов, накапливающий сумиатор 2, первый 3 и второй 4 блоки умножения, накапливающий сумматор 5, цифровой сумматор 6, цифроаналоговый преобразователь 7, генератор 8, управ.5 ляемый напряжением, блок 9 выделения м1дуля, входную шину 10, блок 11 сравнения, содержащий нуль-орган 12 и вычитатель 13 .выходную шину 14, тактовую шину 15, распределитель 16 импульс ов, Следящий аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом, В исходном состоянии реверсивный счетчик импульсов, сумматоры 2,5 25 и 6 находятся в нулевом состоянии (схема установки в "0" не показана).

На входную шину 10 поступает сигнал, подлежащий аналого-цифровому преобразованию, При помощи тактовых импульI сов, поступающих на шину 15 тактовых импульсов, и распределителя 16 импульсов задается шаг дискретизации аналого-цифрового преобразования по времени, Генератор 8, управляемый

35 напряжением, при нулевом значении на пряжения на выходе блока 9 выделения модуля вырабатывает импульс с частотой следования f = 1/, „, где

Йд 4 р шаг дискретизации пО Времени 40 причем при увеличении разности между текущим значением входной величины и сигналом с ЦАП 7 по модулю, который выделяет блок 9 выделения модуля, частота импульсов с генератора 8 про- 45 порционально увеличивается °

Значение сигнала на выходе нульоргана 12 определяет направление счета в реверсивном счетчике 1 импуль,сов. Причем если выходной сигнал нуль-орган равен "1", то производит50 ся операция суммирования, если равен "0", то операция вычитания, Как только величина разности между входным сигналом и сигналом, поступающим с выхода ЦАП 7, в дискретные моменты времени достигнет уровня срабатывания нуль-органа 12, на его выходе сформируется сигнал уровня логической единицы, который поступает на вход управления реверсом счетчика 1 импульсов, В зависимости от величины разности по модулю в реверсивный счетчик 1 импульсов за один такт преобразования записывается число импульсов, пропорциональное значению второй производной от входного сигнала в данный момент времени, В дальнейшем код счетчика 1 импульсов по сигналу, снимаемому с первого выхода распре" делителя 6 импульсов, суммируется при помощи цифрового сумматора 2 с кодом, записанным в его память на предыдущем такте преобразования, В результате на выходе накапливающего сумматора 2 формируется код, пропорциональный значению первой производной от преобразуемого сигнала в данный момент дискретизации, В дальнейшем оценки второй производной и первой производной От входного сигнала поступают соответственно на входы блоков 3 и 4 умножения, где производится умножение этих оценок на постоянные коэффициенты, которые определяются из услойия устойчивой работы

АЦП. На втором такте работы распределителя 16 импульсов производится суммирование при помощи накапливающего сумматора 5 выходного кода накапливающего сумматора 2 с кодом, записанным в накапливающем сумматоре 5 на предыдущем такте преобразования.

На третьем такте работы распределите1 ля производится суммирование выходных кодов блоков умножения 3 и 4 и накап-, ливающего сумматора 5 при помощи цифрового сумматора 6, В дальнейшем при помощи цифроаналогового преобразователя 7 осуществляется преобразование выходного кода цифрового сумматора б в аналоговую величину, которая вычитается иэ входного сигнала и при помощи нуль-органа 12 определяетс,я знак ошибки слежения и т,д, На основа" нии алгоритма работы следящего АЦП цифровые сумматоры с памятью должны обеспечивать как суммирование кодов, так и их вычитание, Это производится при помощи дополнительного кода, который может быть получен за счет того что старший разряд реверсивного счетчика импульсов 1, а также накапливающих сумматоров 2 и 5 являются знаковыми, Если все перечисленные знаковые разряды равны О, то произво30

5 l 562972 6 дится операция суммирования, если 1 то вычитание.

В мо менты дискретизации входного h (kTQ ) — значение входной косигнала по времени на выходе блока 9 ординаты сумматора с выделения модуля появляется сигнал, памятью в момент врепропорциональный абсолютному значению мени о ° мен kT сигнала рассогласования f(t). При Применяя к формуле (2) Z-преобраэтом с выхода генератора 8 на счетный зование, находят передаточную. функвход реверсивного счетчика 1 импуль- 10 ццю сумматора с памятью сов поступают импульсы, частота кото- N(Z) Z рых пропорциональна lЯ(t)l . Число h(Z) Z-i импульсов, записанное в реверсивном В каждый тактовый момент времени код счетчике I в момент времени t (моФ поступающий на входы накапливающих мент дискретизации) определяется выражением

15 сумматоров с памятью, умножается на т постоянные коэффициенты с и ()(с

) 2 т(С) т(Г ) + h sipn в (С) ) (f + помощью соответственно первого 3 н о второго 4 блоков умножения, + f (K(t) l )dt, (I ) С учетом формулы (3) Z-преобразо20 в ание напряжения компенсации U на где 1) - единица счета реверсивного

К и() е - выходе @ И 7 в дискретные моменты счетчика импульсов; времени имеет вид

X(t ) -число импульсов записанP ) Z ное в реверсивном счетчике U (Z) = Ы X(Z) + ()(— -- X(Z) +

1 7-1 импульсов в момент време- 25

tÎ) + (— -) X(Z), (4)

Е

X(t) - число импульсов, записанное в реверсивном счетчике где X(Z) -Z — иэображение выходного импульсов в текущий мо- сигнала (СТ2) 1 в димент времени; скретные моменты времеsignK(t)-знак сигнала рассогласова- ни kT, ния, оп редел яющий нап равле Рассмотрим динамическую погрешние счета; ность предлагаемого следящего АЦП, некоторая начальная частота При этом генератор 8 является беэдискретизации, соответст- ынерционным линейным элементом, т, е, вующая нулевому значению 35 его частота линейно зависит от сигсигнала рассогласования нала рассогласования

Работа остальной части схемы синхf (g) = k у„ f E (t) (.

В уравнении (I ) подставляют вместо ронизуется импульсами с распределите40 текущего времени t дискретный момент ля 16 импульсов, период которых посто янен Tp= const. времени kTp, а вместо t — (k-1)T

О) р p °

Если интервал. времени То выбран досВ каждый момент времени t=kT на о таточно малым, на котором можно счивыходе накапливающего сумматора 2 по- тать, что U = const, тогда уравнеявляется код, равный сумме кода н . 45 ние (1) можно представить в виде . выходах реверсивного счетчика 1 . =ЕТо и кода, записанного в регистре X(kTP) = X(k-1)То+ hpfîÒîsign ((kTP) +

)памяти, Этот код соответствует значе- +Т k p(kT

+ о г н (с), нию координаты на выходе сумматора с памятью в момент времени е = (k 1)Ò . Начальная частота генератора 8 может о

Точно также работает и накапливаю-: быть выбрана из соотношения щий сумматор 5, Таким образом в такто- f,= 1/Т,, вые моменты времени выходные коорди- при этом величина добавочного сигнанаты сумматоров с памятью изменяются ла в уравнении (5), эквивалентная по закону шуму квантования

N(kT()) = N ((k I )T()3+ h(kTp) э (2) у(1 Т,) = h f Т,sign Я (КТ,)

55 где N(kT ) . и - значения выходной ко не будет превы) ать не удет превышать единицы счета ре1Я ((k-1) Т ) ординаты сумматоров версивного счетчика h В дальнейо с памятью в дискрет- шем можно считать, что разрядность

1562972

F(Z) = «(Z) — ПкР) в

5 подставляют уравнение (б) в уравнение (4) и. учитывая последнее уравнение, записывают передаточную функцию следящего. АЦП по рассогласованию

{1-К ) U(К) E (Z) — — — —— (1«Z )3+ Т,1 (o((1 Z- )2+ (1 Z-<)+1, / (7) (1O) 1-Z

+pat (----) + 1 = О

Т

1 цст Л (1

7, -+ 1 35

Таким образом, после затухания перехОдного процесса в предлагаемом следящем АЦП последний точно может отсЛеживать параболическую входную функцию, 40

Соответственным выбором параметследяющего AIg1 Ta k„z„( обеспечивается устойчивость переходного процесса в следящем АЦП, В частности выбирают перечисленные па- 45 .раметры из соотношений: . k =(= — -) ° (= о (— -)

Т3 (У г п рз 1. 1 Т

14

2 Т о(.(9)

5О где р — постоянная времени следяще1 го AIUI

Тогда перечисленные параметры выбираются из условия попадания корней характеристического уравнения следящего АЦП

АЦП достаточно велика и шум кванто4 вания можно не учитывать, Применяя 7. †преобразован к уравнению (5), получают изображение выходной координаты реверсивного счетчика 1, x(z) = — -- — R(z)

71 о (6)

Z-1

ПОскольку 7.-преобразование сигнала

Подавая на вход следящего АЦП токовые сигналы U (t) = a Rt" (r

= О, 1,2, 3,... ), нетрудйо найти значения соответствующих установившихся ошибок в дискретные моменты времени.

В частности, если в качестве взводного сигнала взять параболическую функцию U (t) = R/2 -t.", для котОрой Z-преобразование имеет вид

Б (Е) 1сТо Е (7+1)

2(Z 1) з

Тогда, подставив последнее выражение в уравнение (7) определяют установившуюся ошибку в моменты.замыкания

1 - 2 у 1-К 3()Э+ М at (— --) +

Т, Т рассогласования и входного сигнала связаны уравнением в круг радиуса 1/То с центром в точ-.

I ке (-1/Тр, .1„) . При этом может быть обеспечено необходимое качество пе- реходного процесса; в частности отсутствие колебательности, Чтобы следящий АЦП достаточно быстро отслеживал входные сигналы, величина р должна выбираться из усло" вий

Т < 41 о Р

9 " ма кс где 4 „о,„ - максимальная частота входного сигнала U

Формула из обретения

Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок сравнения, реверсивный счетчик импульсов и первый накапливающий сумматор, вторые входы которого соединены с соответствующими его выходами, второй вход блока сравнения является входной шиной, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности преобразова--. ния за счет уменьшения динамической погрешности слежения, в него введены второй накапливающий сумматор, цифровой сумматор, два блока умножения, блок выделения модуля, распределитель импульсов и генератор, управляемый напряжением, выход которого соединен с тактовым входом реверсивного счетчика импульсов, а вход - с выходом блока выделения модуля, вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения, выходы реверсивного счетСоставитель И,Романова

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец

Редактор Л,Зайцева

Тираж 665

Заказ 1068

РчИИПИ Государственного

113035, Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

9 1562972 10 чика импульсов через первый блок ум- накапливающего сумматора соединены с ножения подключены к соответствующим соответствующими его выходами, а такпервым входам цифрового сумматора, foBblp. входы цифрового сумматора, первторые и третьи входы которого соот- sot o и второго накапливающих суммато5 ветственно подключены к соответствую- ров подключены соответственно к первощим выходам второго накапливающего му, второму и третьему выходам рассумматора и к соответствующим выходам пределителя импульсов, вход которого второго блока умножения, входы кото- является тактовой шиной, причем вырого объединены с соответствующими 10 ходы второго накапливающего сумматопервыми входами второго накапливаю- ра являются выходной шиной, а выходы щего сумматора и соединены с соответ- цифрового сумматора соединены с соотствующими выходами первого накапливаю- ветс твующими входами цифроаналогового щего сумматора, вторые входы второго преобразователя,