Устройство для ввода аналоговых сигналов

 

Использование: в цифровых системах сбора и обработки данных. Сущность: устройство содержит мультиплексор 1 аналоговых сигналов, усилитель 3, блок 4 выборки и хранения, дешифратор 2 каналов, аналого-цифровой преобразователь 6, приемный буферный регистр 15, передающий буферный регистр 14, дешифратор 21 адреса, генератор 19 импульсов, 1 делитель 18 частоты, счетчик 17, элемент ИЛИ 5, элементы 8, 13 задержки, регистр 16 состояний, формирователь 22 сигналов измерения, формирователь 20 сигналов коррекции. 1 ил.

Изобретение относится к информационно-вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах сбора и обработки данных.

Известно устройство ввода аналоговых сигналов, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов с дешифратором адреса, схемы выборки и хранения, аналого-цифровой (АЦП) и цифроаналоговый преобразователи (ЦАП), а также схему управления [1] .

Недостатком известного устройства является то, что для коррекции погрешностей в нем используются дополнительные схемы выборки и хранения и ЦАП, что усложняет устройство и повышает его стоимость, так как для калибровки необходимо использование высокочастотного ЦАП.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для ввод аналоговых сигналов, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов с блоком управления, последовательно соединенные с ним усилитель, схему выборки и хранения, компаратор и регистр последовательного приближения, которые совместно с ЦАП образуют АЦП последовательного приближения, блок управления устройством ввода аналоговых данных, включающий дешифратор адреса устройства ввода аналоговых данных и двухсекционную линию задержки, передающий буферный регистр, приемный буферный регистр, цифровой мультиплексор, двухпозиционный аналоговый ключ, триггер, схему И, формирователь импульсов [2] .

Недостатком данного устройства является то, что процесс коррекции погрешности полностью управляется центральным процессом системы, что отрицательно сказывается на эффективности его использования.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения работы в режиме коррекции погрешности.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов, усилитель, блок выборки и хранения, дешифратор каналов, АЦП и блок управления, содержащий приемный и передающий буферные регистры и дешифратор адреса, введены генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, а в блок управления регистр состояний, формирователь сигналов измерения и формирователь сигналов коррекций, при этом выход конца преобразования ЦАП через первый элемент задержки соединен с первым входом формирователя сигналов коррекции, выходы приемного буферного регистра соединены с входами предустановки делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом счетчика, первым входом элемента ИЛИ, управляющим входом АЦП и вторым входом формирователя сигналов коррекции, информационные выходы счетчика соединены с информационными входами группы ЦАП, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и через второй элемент задержки с входом запуска АЦП, выход переполнения счетчика соединен с третьим входом формирователя сигналов коррекции и первым входом формирователя сигналов измерения, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый выход формирователя сигналов коррекции соединен с входом сброса регистра состояния, установочные входы которого объединены с входами приемного буферного регистра, первый выход регистра состояния соединен с вторым входом формирователя сигналов измерения и пятым входом формирователя сигналов коррекции, второй и третий выходы которого соединены с входами запуска и остановки генератора импульсов, выход которого соединен со счетными входами делителя частоты и счетчика, второй и третий выходы регистра состояний соединены с шестым и седьмым входами формирователя сигналов коррекции.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит мультиплексор 1 аналоговых сигналов, дешифратор 2 каналов, усилитель 3, блок 4 выборки и хранения, элемент ИЛИ 5, АЦП 6, содержащий компаратор 7, регистр 9 последовательного приближения, мультиплексор 10 цифровых сигналов, ЦАП 11 и двухпозиционный аналоговый ключ 12, передающий буферный регистр 14, приемный буферный регистр 15, регистр 16 состояний, счетчик 17, делитель 18 частоты, генератор 19 импульсов, формирователь 20 сигналов коррекции, дешифратор 21 адреса устройства, формирователь 22 сигналов измерения, два элемента 8, 13 задержки.

Работа устройства возможна в двух режимах: коррекции и измерения. Режим коррекции содержит два подрежима: коррекция в точке и коррекция по диапазону.

В исходном состоянии устройство находится в режиме измерения. Оба триггера регистра 16 состояний установлены в "0", мультиплексор 10 цифровых сигналов соединяет вход ЦАП 11 с выходом регистра 9 последовательного приближения, двухпозиционный аналоговый ключ 12 связывает выход ЦАП 11 с одним из входов компаратора 7, счетчик 17 и делитель 18 частоты установлены в "0", старт-стопный генератор 19 заторможен. Если коррекция не требуется, то при наличии на входе дешифратора 21 адреса установки соответствующего адреса и высокого потенциала на нулевом выходе первого триггера регистра состояний запускается формирователь 22 сигналов, который представляет собой цифровой автомат.

Процесс измерения инициируется формирователем сигналов по уравнению ИЗМ = Кор^ ДША.

При этом обеспечиваются выборка измерительного канала, выборка и хранение входного сигнала, управляемая выходным сигналом формирователя 22 сигналов измерения, запуск АЦП 6 и запись данных в выходной буферный регистр 14.

В режиме коррекции в зависимости от выбранного подрежима в регистр состояний заносится либо код "10" - коррекция в точке, либо код "11" - коррекция по диапазону.

Различие между режимами заключается в том, что в режиме коррекции в точке устройство выполняет операцию коррекции при одном значении кода и автоматически возвращается в режим измерения. При коррекции по диапазону она выполняется в нескольких точках, определяемых заданным коэффициентом деления делителя 18 частоты, и затем по сигналу переполнения счетчика 17 устройство переходит в режим измерения. В любом случае коррекция начинается передачей в устройство его адреса и номера калибровочного канала.

Рассмотрим режим коррекции в точке. Центральный процессор на шине адреса устанавливает адрес устройства ввода, адрес калибровочного канала, в регистр 16 состояний заносит код "10", а в приемный буферный регистр 15 - код коэффициента деления управляемого делителя 18 частоты.

Формирователь 20 сигналов калибровки представляет собой цифровой автомат, реализующий следующие логические уравнения: START= (Кор^ ДША)V (ДША^ Кор^ Гот^ Диап), (1) где START - сигнал для запуска старт-стопного генератора 19 импульсов; ДША - выходной сигнал дешифратора 21 адреса; Кор - выходной сигнал с единичного выхода первого триггера регистра 16 состояний; Диап - выходной сигнал с единичного выхода второго триггера регистра 16 состояний; Гот - сигнал готовности данных в АЦП.

При коррекции в точке сигнал START формируется по выражению, стоящему в первых скобках. При запуске генератора 19 его импульсы одновременно поступают на счетные входы счетчика 17 и делителя 18 частоты. Коэффициент деления делителя 18 частоты устанавливается таким, чтобы к моменту появления выходного импульса "Чт" (чтение) делителя частоты в счетчике 17 был накоплен требуемый калибровочный код. При появлении сигнала "Чт" мультиплексор 10 и двухпозиционный аналоговый ключ 12 переключаются в противоположное исходному состоянию положение и выход счетчика 17 через мультиплексор 10 подключается к входу ЦАП 11, выход которого через ключ 12 соединяются с калибровочным каналом, а через усилитель 3 - с блоком 4 выборки и хранения, который переводится в режим выборки тем же сигналом "Чт". По окончании сигнала "Чт" блок выборки и хранения переходит в режим хранения, мультиплексор 10 и двухпозиционный ключ 12 возвращаются в исходное состояние, восстанавливая структуру АЦП, который запускается задержанным элементом 8 задержки (заторможенный мультивибратор) импульсов "Чт". Выходные данные АЦП помещаются в передающий буферный регистр 14.

Сигнал "Чт" поступает также на формирователь 20 сигналов коррекции, где по логическому уравнению STOP = (Кор^ Чт) V Р, где Р - сигнал переполнения счетчика 17, формирует сигнал останова старт-стопного генератора 19, а по логическому уравнению Сброс = (Кор^ Гот^ Точка)VР, где Точка - сигнал с нулевого выхода второго триггера регистра 16 состояний, формируется сигнал сброса обоих триггеров регистра 16 состояний, и режим коррекции заканчивается.

При коррекции по диапазону запуск старт-стопного генератора 19 осуществляется по логическому выражению, стоящему во вторых скобках выражений (1). При этом перезапуск осуществляется по каждому сигналу "Гот". В остальном режим работы повторяется.

Процесс коррекции основан на следующих соотношениях. Если ε - погрешность ЦАП, то его выходное напряжение равно U_цап= U_оп(1-ε)Nⁱ_кал где N_калⁱ - калибровочный код, соответствующий i-й калибровочной точке, i = .

Если Δ U - суммарная погрешность блока выборки и хранения и усилителя 3, то выходной код ЦАП в i-й точке равен Nⁱ_цап= = Nⁱ_кал+
Таким образом определяет погрешность устройства ввода.

Соответствующая поправка может быть вычислена центральным процессом и введена в код результата.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов, усилитель, блок выборки и хранения, дешифратор каналов, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, содержащий приемный и передающий буферный регистры и дешифратор адреса, причем информационные входы мультиплексора аналоговых сигналов являются информационными входами устройства, выход мультиплексора аналоговых сигналов соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом блока выборки и хранения, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами передающего буферного регистра, управляющий вход которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, выходы передающего буферного регистра соединены с входами приемного буферного регистра и являются входами-выходами устройства, выходы дешифратора адреса и дешифратора каналов являются адресными входами устройства, выходы дешифратора каналов соединены с управляющими входами мультиплексора аналоговых сигналов, информационный вход которого соединен с информационным выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения работы в режиме коррекции погрешности, в устройстве введены генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, а в блок управления введены регистр состояний, формирователь сигналов коррекции, выход конца преобразования аналого-цифрового преобразователя через первый элемент задержки соединен с первым входом формирователя сигналов коррекции, выходы приемного буферного регистра соединены с входами предустановки делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом счетчика, первым входом элемента ИЛИ, управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом формирователя сигналов коррекции, информационные выходы счетчика соединены с информационными входами группы аналого-цифрового преобразователя, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и через второй элемент задержки - с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход переполнения счетчика соединен с третьим входом формирователя сигналов коррекции, выход дешифратора адреса соединен с четвертым входом формирователя сигналов коррекции и первым входом формирователя сигналов измерения, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый выход формирователя сигналов коррекции соединен с входом сброса регистра состояния, установочные входы которого объединены с входами приемного буферного регистра, первый выход регистра состояний соединен с вторым входом формирователя сигналов измерения и пятым входом формирователя сигналов коррекции, второй и третий выходы которого соединены с входами запуска и остановки генератора импульсов соответственно, выход которого соединен со счетными входами делителя частоты и счетчика, второй и третий выходы регистра состояний соединены с шестым и седьмым входами формирователя сигналов коррекции.

РИСУНКИ

Рисунок 1