Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к цифровой измерительно-вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых низкоуровневых величин в цифровые. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Это достигается тем, что в устройство, содержащее усилитель, преобразователь напряжение - код, цифроаналоговый преобразователь, вычислительно-управляющий блок, введены два аналоговых коммутатора, делитель напряжения, термостатированный источник опорного напряжения. 1 з.п. ф-лы. 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (ll) (sl)s Н 03 М 1/06

ГОСУДАРСТВЕ -Ы Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

k (21) 4663950/24 (22) 20.03,89 (46) 30.08,91. Бюл. Ф 32 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Модуль" Винницкого политехническогого института (72) А.П.Стахов, В.И.Моисеев, Л.В.Крупельницкий, И.С.Левачкова, В.Я.Стейскал, В.Я.Майстришин и О.Г.Душко (53) 681.325 (088,8) (56) Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы, Киев: Вища школа, 1986, рис.2.8б.

Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах, M„1989, с.50, рис, 2.11.

Изобретение относится к цифровой измерительно-вычислительной технике и может быть использовано для высокоточного преобразования низкоуровневых аналоговых сигналов в цифровые.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 — функциональная схема вычислительно-управляющего блока; на фиг. 3- 5— алгоритм работы преобразователя в режиме самоповерки; на фиг. 6- алгоритм работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь (фиг, 1) содержит входную шину 1, термостэтированный источник 2 опорного напряжения (ТИОН), шину 3 нулевого потенциала, . аналоговый коммутатор (АК) 4, усилитель 5, аналоговый коммутатор 6, преобразователь (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОBATEË Ь (57) Изобретение относится к цифровой иэмерительно-вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых низкоуровневых величин в циф° ровые. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Это достигается тем, что в устройство, содержащее усилитель, преобразователь напряжение — код, цифроаналоговый преобразователь. вычислительно-управляющий блок, введены два аналоговых коммутатора, делитель напряжения, термостатированный источник опорного напряжения. 1 з.п,ф-лы, 6 ил.

7 напряжение — код, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8, делитель 9 напряжения (ДН), вычислительно-управляющий блок (ВУБ) 10, выходную шину(ВЪ|Х) 11, шины 12 а

"Запуск" и 13 "Начальная установка", выхо- О ды 14-19 вычислительно-управляющего блока 10, входы 20 и 21 вычислительно управляющего блока, выходы 22 вычислительно-управляющего блока 10. Ы

Вычислительно-управляющий блок О" (фиг. 2) содержит центральный процессор Ch

23, блок 24 постоянной памяти, блок 25 опервтивиоо пеияти, бяоя 26 дешифраторов. блок 27 вывода информации и блок 28 ввода информации.

Особенностью устройства является исключение из результата преобразования аддитивной и мультипликативной погрешностей, погрешности нелинейности и температурной погрешности усилителя 5.

Для коррекции погрешности нелинейности, эддитивной и мультипликативной по1674366 грешностей применяется кусочно-линейная аппроксимация преобразовательной характеристики усилителя 5 по некоторому числу предварительно снятых точек, При этом для каждого I-го участка преобразовательной характеристики

0вых = 4 + Sl Uex, 1 где hl — смещение нулевого уровня на.1-м линейном участке прямой преобразовательной характеристики, Sl — чувствительность прямой преобраl. зовательной характеристики на (-м участке;

Uex — напряжение, подаваемое на вход усилителя 5;

Ue x — выходное напряжение усилителя

5, соответствующее входному напряжению, Устройство функционирует вдвух режимах: режиме самоповерки и режиме непос-, редственного преобразования.

Режим самоповерки состоит из трех этапов.

На первом этапе после запуска устройства вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал с выхода 14, коммутирующий выход цифроаналогового преобразователя

8 на первый вход преобразователя 7, На выходах 22 вычислительно-управляющий блок 10 последовательно формирует. коды

Ki, К2 ... KN . Каждому из этих сигналов в на входе корректирующего цифроаналогового преобразователя 8 соответствуют сигналы.А1, Аг... AN на его выходе. В начале каждого цикла аналога-цифрового преобразования вычислительно-управляющий блок

10 выдает сигнал с выхода 19, запускающий преобразователь 7. По окончании цикла преобразования преобразователь 7 выдает сигнал "Готов", поступающий на вход 20 вычислительно-управляющего блока 10. По этому сигналу код Ki с первых выходов преобраэователя 7 переписывается в блок 25 вычислительно-управляющего блока 10, после чего устройство переходит к следующему циклу преобразования, В результате в блоке 25 вычислительноуправляющего блока 10 формируется массив входных значений {К } прямой преобразовательной характеристики усилителя 5. Далее вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал 18, коммутирующий на вход усилителя 5 первый выход делителя

9, и сигнал с выхода 14, подключающий первый вход преобразователя 7 к выходу усилителя 5. Вычислительно-управляющий блок

10 на выходы 22 последовательно выдает сигналы К1, К2 ... Кй, поступающие на

l Il входы цифро-аналогового преобразователя. Соответствующие им значения выходного сигнала А1, A2...AN поступают через делитель 9 на вход устройства, Вычислительно-управляющий блок 10 в

5 начале каждого цикла преобразования выдает сигнал с выхода 19, запускающий преобразователь 7. Сигнал "Готов" на входе 20 вычислителъно-управляющего блока 10 свидетельствует об окончании цикла преобра10 эования.

На первый вход усилителя 5 в каждом цикле преобразования поступает сигнал

А =А Кдн, 15 где Кдн — коэффициент деления делителя 9, причем Кдн 1/Кус, Ку — коэффициент усиления.

Сигнал с выхода усилителя 5 поступает

20 на вход преобразователя 7, на первых выходах которого формируется соответствующий код К

Результат работы устройства — формирование в блоке 25 вычислительно-управля-.

25 ющего блока 10 массива входных значений

1 (К } прямой преобразовательной характеристики усилителя 5.

Вычислительно-управляющий блок 10 вычисляет коэффициенты чувствительности

30 характеристики для каждого I-го интервала линейности прямой преобразовательной характеристики усилителя;

Si = (К +1 - Kl ) /(Kl+1KI)

35 обратной преобразовательной характеристики.

SI = 1/SI

Смещение нулевого уровня на 1-м интервале линейности прямой преобразовательной характеристики усилителя вычисляется вычислительно-управляющим

45 блоком 10 по формуле

hI == KI + 1 — Kl + 1 Sl, обратной преобразовательной характеристики—

Таким образом, результат работы устройства на первом этапе режима самоповерки — формирование в блоке 25 вычислительно-управляющего блока 10 таблицы коэффициентов (Ь }, (Si }, 1674366

10

KTMoH = Ктион - KzERQ, 20

Км = KQKK/Ктион.

KZего KZего SK + + K

В начале следующего этапа режима самоповерки вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал 14, коммутирующий выход усилителя 5 на первый вход преобразователя 7; и сигнал 17, подключающий шину нулевого потенциала на вход усилителя

5. На выходе 19 вычислительно-управляющего блока 10 формируется сигнал "Пуск", поступающий на второй вход преобразователя 7. Происходит кодирование нулевого потенциала, по окончании которого на втором выходе преобразователя 7 формируется сигнал Готов . Полученный код KZего c выходной шины преобразователя 7 заносится в блок 25 вычислительно-управляю- 15 щего блока 10, Коррекция нелинейности усилителя 5 осуществляется следующим образом.

Вычислительно-управляющий блок 10 определяет принадлежность значения

Kzего одному из интервалов линейности обратной преобразовательной характеристики путем последовательного сравнения величины KzE O с граничными значениями интервалов К1, Кг ...Ktv, полученными на первом этапе режима самоповерки и хранящимися в блоке 25 вычислительно-управляющего блока 10.

Из таблицы коэффициентов, сформированной на первом этапе режима самоповерки, извлекаются соответствующие определенному к-му рабочему интервалу обратной преобразовательной характеристики значения 6 и Як. Скорректированный выходной код вычисляется по формуле и заносится в блок 25 вычислительно-управляющего блока 10. 40

Полученное на втором этапе режима самоповерки значение KZего используется для коррекции аддитивной погрешности (погрешности нуля) преобразовательной характеристики усилителя 5, 45

В начале третьего этапа режима самоповерки вычислительно-управляющий блок

10 выдает сигнал 14, коммутирующий на первый вход преобразователя 7 выход усилителя 5, и сигнал 16, коммутирующий вы- 50 ход термостатированного источника 3 на вход устройства. На выходе 12 вычислительно-управляющего блока 10 формируется сигнал, запускающий преобразователь 7.

По окончании кодирования выходного сиг- 55 нала термостатированного источника 2 на втором выходе преобразователя 7 формируется сигнал "Готов". Полученный код Ктион с первых выходов преобразователя 7 переписывается в блок 25 вычислительноуправляющего блока 10.

Коррекция нелинейности усилителя 5 осуществляется по принципу, описанному выше. В результате коррекции нелинейности в блок 25 записывается значение Ктион !

Аддитивная погрешность преобразования корректируется вычитанием из кода Ктион, значения Кубано:

Полученное значение отличается от кода Koyк, соответствующего выходному напряжению термостатированного источника

2, вследствие температурного ухода параметров устройства. Значение Кокк измеряется на этапе изготовления устройства и заносится в блок 24 вычислительно-управляющего блока 10.

Корректирующий масштабный коэффициент KM определяется из соотношения

Для коррекции погрешности масштаба каждое значение массива коэффициентов (Л ) и (S ) умножается на найденный ъ коэффициент Км.

В режиме непосредственного преобразования (фиг. 6) входной аналоговый сигнал

U» поступает на входную шину 1. Вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал

15, коммутирующий входную шину 1 устройства на первый вход усилителя 5, и сигнал

15, коммутирующий выход усилителя 5 на первый вход преобразователя 7, запущенного сигналом 19 вычислительно-управляющего блока 10. По сигналу Готов" на втором выходе преобразователя 7 код К»х с первых выходов преобразователя 7 переписывается в блок 25 вычислительно-управляющего блока 1().

Вычислительно-управляющий блок 10 выполняет коррекцию погрешностей нелинейности, аддитивной.и мультипликативной с учетом данных, полученных в режиме самоповерки. Определяется принадлежность

I значения К»х одному из интервалов линейности обратной преобразовательной характеристики путем последовательного сравнения величины К»> со значениями

К,K2....KN, полученными на первом этапе режима самоповерки и хранящимися в блоке 25 вычислительно-управляющего блока

10. Из таблицы коэффициентов извлекаются соответствующие к-му рабочему интервалу обратной преобразовательной характери1674366 стики значения 4< и Як, скорректированный выходной код вычисляется по формуле живых = Квых ЯК+ А Zего.

1 и поступает на выходную шину 11 устройства, На этом работа в режиме непосредственного преобразования закончена.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель, преобразователь напряжение — код. вычислительный управляющий блок, первые выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а вторые выходы являются выходной шиной, о тЛичающийся тем,что,сцелью повышения точности преобразования, в него введены делитель напряжения и последовательно соединенные термостатировгнный источник опорного напряжения, первый аналоговый коммутатор, а также второй аналоговый коммутатор, выход которого соединен с первым входом преобразователя напряжение — код, второй вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-управляющего блока, первые выходы преобразователя напряжение — код соединены с соответствующими первыми входами вычислительно-управляющего блока, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя напряжение — код, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы вычислительно-управляющего блока соединены соответственно с первым входом второго аналогового коммутатора и вторым, третьим, четвертым и пятым входами первого аналогового коммутатора, шестой вход которого соединен с первым выходом делителя напряжения, а седьмой и восьмой входы являются соответственно шиной нулевого потенциала и входной шиной, второй вход второго аналогового коммутатора соединен с вторым выходом делителя напряжения, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразовате5

15 центрального процессора являются соответственно третьим и четвертым входами

20 блока, адресные выходы подключены к со30

45 ля, второй вход является шиной нулевого потенциала, третий и четвертый входы вычислительно-управляющего блока являются соответственно шинами "Запуск" и "На« чальная установка", первый вход усилителя соединен с выходом первого аналогового коммутатора, второй вход является шиной нулевого потенциала. а выход соединен с третьим входом второго аналогового коммутатора.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что вычислительно-управляющий блок выполнен на центральном процессоре, блоке постоянной памяти, блоке оперативной памяти, блоке дешифраторов, блоке ввода информации и блоке вывода информации, входы "Готовность" и "Сброс" ответствующим адресным входам блока постоянной памяти, блока оперативной памяти, блока дешифрации, блоков ввода и вывода информации, информационные входы-выходы подключены K соответствующим информационным выходам блока постоянной памяти, информационным входам-выходам блока оперативной памяти, информационным входам блока вывода информации, выходам блока ввода информации, выход "Запись" подключен к выходу записи-считывания блока оперативной памяти, вход разрешения работы которого подключен к первому выходу блока дешифрации, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с входами разрешения работы блока постоянной памяти и блоков вывода и ввода информации, пятый выход является третьим выходом блока, первые и второй информационные входы блока ввода информации являются соответственно первыми и вторыми входами блока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестые и седьмые выходы блока вывода информации являются соответственно четвертым, восьмым, седьмым, шестым, пятым, первыми и вторыми выходами блока.

3674366

1674366

1674366

Составитель А.Титов

Техред М.Моргентал

Редактор А.Лежнина

Корректор М.Кучерявая

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

Заказ 2935 Тираж 448 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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