Преобразователь код-шим-сигнал

 

Изобретение относится к технике цифро-аналогового преобразования и может быть использовано в системах автоматического регулирования. Изобретение позволяет повысить быстродействие и точность преобразования. Для этого в преобразователь код-ШИМ-сигнал введены второй триггер, первый и второй элементы И, блок начальных условий, блок задержки, суммирующая матрица и второй компаратор. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

COIO3 COBFTOÊÈÕ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕ СКИХ

РЕСПУГзЛИК

>s Н 03 М 1/82

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4733508/24 (22) 29.08.89 (46) 30.07.91, Бюл. № 28 (72) Г.Я.Лозинский (53) 634.325 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 999933447700, кл. Н 03 M 1/66, 1981.

Гальперин М.B. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. M.:

Энергоатомиздат, 1987, с. 252. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД вЂ” ШИМ-СИГНАЛ

Изобретение относится к технике цифроаналогового преобразования с промежуточным преобразованием двоичного кода во временной интервал и предназначено для использования в системах автоматического регулирования, Целью изобретения является повышение быстродействия и точности преобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — выполнение блока задания начальных условий; на фиг. 3 — выполнение блока задержки; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 тактовых импульсов, синхронный счетчик 2

М на — разрядов, блок 3 задания начальных

2 условий, регистр р 4 N-разрядного кода, первый и второй триггеры 5 и 6 соответственно, последовательно соединенные с первым и вторым формирователями 7 и 8 соответственно, первый и второй элементы И 9 и 10 соответственно, блок 11 задержки, сумми« . Ж 1667255 А1 (57) Изобретение относится к технике цифроаналогового преобразования и может быть использовано в системах автоматического регулирования. Изобретение позволяет повысить быстродействие и точность преобразования. Для этого в преобразователь код — ШИМ-сигнал введены второй триггер, первый и второй элементы И, блок начальных условий, блок задержки, суммирующая матрица и второй компаратор. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. рующую матрицу 12 и первый и второй комN параторы 13 и 14 на — разрядов каждый

2 соответственно.

Первый компаратор 13, первый элемент

И 9, первый триггер 5 и первый формирователь 7 образуют канал младших разрядов преобразователя,а последовательно соединенные второй компаратор 14, второй элемент И 10, второй триггер 6 и второй формирователь 8 — канал старших разрядов преобразователя. По своему составу и техническим характеристикам оба канала идентичны.

Блок 3 начальных условий (фиг. 2) содержит одновибратор 15 и О-триггер 16.

Блок задержки (фиг. 3) содержит одновибратор 17 и элемент И 18.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов заполняет своими импульсами U> счетчик 2 (фиг. 1). Задним фронтом импульса старшеN го — разряда счетчика запускается одно2

1667255 вибратор 15 блока задания начальных условий (фиг. 2). Он формирует импульс 0з длительностью Tp < Tp < 2To, где Tp — период следования импульсов 0 . Затем импульс поступает на R-вход D-триггера 16 (фиг. 2), а на его С-вход подают тактовые импульсы U1.

В итоге триггер формирует импульс 04 длительностью Тв, начало которого совпадает с моментом заполнения счетчика 2 (фиг. 1). Он поступает, в частности, на запрещающий вход указанного счетчика, задерживая его работу на один период тактовой частоты.

Эпюра напряжения первого разряда счетчика представлена сигналом Ug (фиг. 4).

Интервал времени действия импульса 0л используют для введения текущей информации в регистр 4 (фиг. 1).

С помощью компараторов 13 и 14 код синхронного счетчика 2 непрерывно и одновременно сравнивают соответственно с

N младшими (с первого по ---) и старшими

N (с — + 1 по N) разрядами регистра 4. В

2 момент наступления равенства кодов компараторы 13 и 14 формируют независимо один от другого сигналы совпадения кодов.

Пусть, например, в младшие разряды регистра 4 введено два импульса. Тогда равенство кодов этой половины ре1истоа и синхронного счетчика наступит спустя один период его работы. При этом на выходе компаратора 13 будет наблюдаться итлпуль., U; (фиг. 4). Аналогичны1л образом будет формироваться импульс равенства кодов и для группы старших разрядов регистра.

В зависимости от сравниваемых чис1 л компараторы 13 и 14 вносят, однако, замет ный разброс задержки выдачи сигнала равенства кодов. Это выражается в практически случайном положении пере днего фронта выходного импульсз Ue компаратора. В итоге заметно меняются величины дискретных приращений напряжения преобразователя. Дяя исключения этой погрешности сигнал равенства кодов формируют в моменты, синхронизированные с началом ближайшего следующего полупериода тактовых импульсов, r.е. задерживают передний фронт импульсов совпадения кодов до переднего фронта тактового импульса следующего полупериода. Эту операцию осуществляют с помощью элемента И 9 в канале младших разрядов преобразователя и элемента И 10 в канапе его старших разрядов. Для приведенного выше примера временное положение результирующего сигнала показано в виде импульса 07.

Импульсы с выходов элементов И 9 и

И 10 своими передними фронтами сбрасывают триперы 5 и 6. т.е. определяют длиTE.ëüíoñTü ШИМ-сигналов в каждом из каналов. Начало формирования этих импульсов, учитывая искусственно введенную задержку их окончания, должно быть сдвинуто на половину периода тактовой частоты синхронно1о счетчика относительно момента начала его работы, т.е, относительно заднего фронта импульса начальных условий

04. Формирование импульса запуска ШИМсигнала производят с помощью синхронизированного блока 11 задержки (фиг. 1, 3).

На первый вход блока задержки (фиг, 3) подают импульс установки начальных условий 04, Одновибратор 17 укаэанного блока формирует импульс 0я длительностью

Т,, = т = —,„- Т,, (фиг. 4). Этот импульс поступает Hç первый вход элемента И 18 (фиг. 3), на второй вход которого подают импульсы

01 чактового генера,орла 1 (фи1. 1). В итоге на аь1ходе блока получают полупериодный импульс Vll, задержанный относительно задне1о фрон а импульса 0л на время Т /2, т.е. импульс запуска ШИМ-сигнала. Своим передним фронтом указанный импульс запу хает триггеры 5 и 6 (фиг. 1). Таким обраЗО a, С 11ОМОЩЬ10 ИМПут1 ЬСОВ 0с1 И 07 фог1мт1руют задержанный и скорректироB;lн í bi и Ш И M-сигнал, обладающий высокой

t,;ë6l1ëûlëñTüþ длительности. Для приве деннь1х выше конкретных условий GH имеет форму сигнала 01о (фиг 4). Та л же для сравнения под индексом 011 показаны форма и полоххени» ШИМ-сигнала, который был бы без его обработки.

Широтно модулированные импульсы ка;1ала младших разрядов с выхода первого три11ера 5 поступают на формирователь 7, а аналогичные импульсы канала старших разрядов с выхода втрого триггера 6 — на фор лироаатель 8, После формирователей 7 и 8 эти импульсы поступают на сооветствующие разрядные входы сутлмирующей матрицы 12. В матрице 12 импульсные сигналы складываются в необходимых весовых соотношениях. Сигналы младших разрядов, поступающие на первый вход матрицы 12 с формирователя 7, ослабляются при этом в 2N/2 раз относительно сигналов старших разрядов, поступающих с формирователя 8 на второй вход матрицы.

Относительное напряжение на выходе

R-матрицы 12 равно

2Г

0 1 Т 1 Т 111 2

Омакс

1667255 где Т = — (2 + 1) — период работы синх1 N/2

f ронного счетчика 2 (с учетом режектированного блоком 3 периода тактовой частоты fj;

Тш! и T 2 — длительности импульсов. пропорциональные числовому эквиваленту кода младших и старших разрядов регистра

4 соответственно, Это позволяет выразить относительное выходное напряжение устройства в виде — + 2

U 1 макс где N ) и N2 — числовые эквиваленты кодов, образованных разрядами регистра 4 от перN N вого по — — и от — + 1 до N соответствен2 2 но.

Поскольку в устройстве сравниваются одновременно коды обеих половин разрядов N-разрядного регистра 4, то это сокра щает общее время сравнения кодов в 2 раэ. Во столько же раз повышается по сравнению с прототипом быстродействие устройства.

Пример. Преобразуют в аналоговую форму 12-разрядный двоичный код реверсивного счетчика. Реверсивный счетчик в полнен на микросхемах К 155ИГ7

Генератор тактовых импульсон имеет ча,готу 620 кГц. Синхронный счетчик — шестка-."-.:— рядный, собран на микросхемах К 15514 -5.

Первый и второи компараторы на 6 раэрт дов каждый собраны на микросхем; х

КР531СП1. В изготовленном устройстве преобразуемый код снимают непосред гBE .нно с выходов двоичного реверсивного счетчика, исключив при .-ом статический регистр-защелку.

Выигрыш в быстродействии ЦАП, собранного по предлагаемой схеме в 64 (в 26) раза.

Погрешность величины дискретности выходного напряжения за счет разброса задержки времени сравнения кодов дос гигала

10-11 К. Путем введения синхронизированной задержки ШИМ-сигналов эта погрешность исключена.

С целью повышения величины дискретности выходного напряжения суммирующая матрица 12 сделана двухзвенной с коэффициентом ослабления п = 8 на одно звено.

При юлплитуде импульсов формирователя величиной 10 В величина дискретности выходного напряжения составила 1,88 мВ.

Для фильтрации высокочастотных составляющих ШИМ-сигнала в узловых точках матрицы установлены конденсаторы.

Формула изобретения

5 1. Преобразователь код — ШИМ-сигнал, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и синхронный счетчик, последовательно соединенные первый триггер и первый фор10 мирователь. а также регистр N-разрядного кода и первый компаратор, первые входы сравниваемого кода которого от первого по

N » — -й разряды включительно соединены по2

15 разрядно с соответствующими от первого

1 по — -й разряды вклк,ительно выходами

2 синхронного счетчика, а вторые входы сравниваемого кода компаратора от первого по

20 — -й разряды включительно соединены по2 разрядно с соответствующими от первого

no — - -й разряд включительно выходами

25 младших разрядов регистра N-разрядного кода, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования, в него введены первый и BTOрои элементы И, блoê задания на эльных .10 условий, блок задержки сумми укч 1ая;латрица, пйследова? е/ ьно со =ди ненн c, :е Г!то рой Tpwf Гер м второй формироватс, а так+ .. второй компа;,ат;. п, и рьь е г. лдH сравниваемого кода которогп от перво;<.. >

15 N

--.„- -й раэряД включител o со.,линень. ив разрядно с выхода;ли старших разрядов регистра N-разрядного кода от (- --- +,- о по

N-и разряд соогветственно, вторые входы

N сравниваемого кода от первого по — - -й раз2 ряд включительно соединены поразрядно с

N соответствующими от первого по — — -и раз45

2 ряд включительно выходами синхронного

N счетчика, выход старшего — -го р-.-ряда ксторого соединен с первым входом бл >ка задания начальных условий, второй вход которого соединен с выходом генератора и обьединен с первым входом блока задержки и первыми входами гервого и второго элементов И, а выход соединен с в-орым входом синхронного счетчика и с вторым входом блока задержки выход которого гоединен с входами запуска первого e-.r porc триггеров, при этом выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с вторыми входами первого i. в орого

1667255 дх.1 йц.

Фиг,Х элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сброса первого и второго триггеров, а выходы первого и второго формирователей соединены с соответствующими входами суммирующей 5 матрицы, выход которой является выходной шиной.

2. Преобразователь по и. 1„о т л и ч а юшийся тем, что блок задания начальных условий выполнен на последовательно со- 1О единенных одновибраторах и О-триггере, причем вход одновибратора является первым входом блока. выход соединен с R-входом 0-триггера, С-вход которого является вторым входом блока, а выход — выходом блока.

3. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок задержки выполнен на последовательно соединенных одновибраторе и элементе И, причем вход одновибратора является вторым входом блока, выход соединен с первым входом элемента

И, второй вход которого является первым входом блока, а выход — выходом блока.

1667255

То Ьд ВТо < о о

Az, //

Составитель В.Солодова

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор А.Маковская

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

Заказ 2534 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5