Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с уплотнением по времени и может быть использовано в измерительной технике и устройствах связи. Достигаемый технический результат - уменьшение габаритно-массовых характеристик за счет сокращения количества индивидуальных согласующих устройств до одного, общего для всех измерительных каналов. Устройство содержит многоканальный коммутатор, контроллер, триггер, логический элемент «И», двоичный счетчик, формирователь время-импульсной последовательности, усилитель мощности, кодоуправляемый усилитель, программируемый модуль памяти, двоичный р-разрядный счетчик и аналого-цифровой преобразователь. 2 ил.

 

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с уплотнением по времени и может быть использовано в измерительной технике и устройствах связи.

Известно устройство (см. патент РФ № 2289200, опубликован в Бюллетене изобретений № 34 от 10.12.2006), содержащее коммутатор, контроллер, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией и распределитель тактовых импульсов, двоичный счетчик, триггер, логический элемент «И», аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь время-импульсной последовательности, включающий сумматор и формирователи опорных и измерительных импульсов, выходы которых соединены со входами сумматора соответственно, выход которого соединен со входом усилителя мощности, первый выход коммутатора соединен с первым входом формирователя измерительных импульсов, вход формирователя опорных импульсов соединен с первым выходом распределителя тактовых импульсов, второй выход коммутатора соединен с аналоговым входом АЦП, цифровые выходы которого соединены со входами двоичного счетчика соответственно, пусковой вход АЦП соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов, а выход «готовность данных АЦП» соединен с тактовым входом коммутатора и входом управления параллельной загрузки двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов и первым входом триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом распределителя тактовых импульсов, а выход соединен с первым входом логического элемента «И», второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты с кварцевой стабилизацией, а выход соединен со счетным входом двоичного счетчика.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком устройства является ограниченность выбора типа датчика по динамическому диапазону и необходимость установки индивидуальных согласующих устройств для каждого датчика с целью нормирования их сигналов.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, позволяющего исключить установку индивидуальных согласующих устройств для каждого датчика с целью нормирования их сигналов.

Достигаемым техническим результатом заявляемого устройства является уменьшение габаритно-массовых характеристик за счет уменьшения количества индивидуальных согласующих устройств до одного, общего для всех измерительных каналов (датчиков).

Для достижения технического результата в преобразователе аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, содержащем многоканальный коммутатор, контроллер, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией и распределитель тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И», второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты, а выход логического элемента «И» соединен со счетным входом двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера и первым входом формирователя измерительных импульсов, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорных импульсов, вход которого соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов, третий выход которого соединен с пусковым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены со входами двоичного счетчика соответственно, вход управления параллельной загрузки которого соединен с выходом «готовность данных» аналого-цифрового преобразователя, выход сумматора соединен со входом усилителя мощности, новым является то, что дополнительно введены кодоуправляемый усилитель, программируемый модуль памяти и двоичный р-разрядный счетчик, выходы которого соединены с цифровыми входами многоканального коммутатора и программируемого модуля памяти, выходы которого соединены со входами кодоуправляемого усилителя, вход которого соединен с выходом многоканального коммутатора, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, выход «готовность данных» которого соединен со счетным входом двоичного р-разрядного счетчика, выход переполнения которого соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов, вход программируемого модуля памяти является входом данных.

Введение кодоуправляемого усилителя, программируемого модуля памяти и двоичного р-разрядного счетчика позволяет уменьшить количество индивидуальных для каждого измерительного канала согласующих устройств до одного, общего для всех каналов, что влияет на сокращение времени подготовки к испытаниям за счет исключения настройки каждого канала.

На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства. На фиг.2 приведена временная диаграмма работы преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, где

t_пр - время преобразования АЦП,

t_изм - измеряемый интервал,

t_{изм.мин} - минимальный измеряемый интервал,

t_{изм.макс} - максимальный измеряемый интервал.

Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени (с кодоуправляемым усилителем), содержит контроллер 1, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией 2 и распределитель тактовых импульсов 3, многоканальный коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, триггер 6, логический элемент «И» 7, двоичный счетчик 8, формирователь время-импульсной последовательности 9, включающий формирователи опорных 10 и измерительных импульсов 11 и сумматор 12, усилитель мощности 13, кодоуправляемый усилитель 14, программируемый модуль памяти 15, двоичный р-разрядный счетчик 16.

Аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 соединен с выходом кодоуправляемого усилителя 14, цифровые выходы АЦП 5, сигналы которых в совокупности образуют цифровой код, соединены с соответствующими входами DI двоичного счетчика 8, обеспечивающими по сигналу «Готовность данных АЦП» параллельную асинхронную загрузку двоичного цифрового кода, выход, «готовность данных АЦП» 5 соединен со счетным входом двоичного р-разрядного счетчика 16 и входом управления параллельной загрузки двоичного счетчика 8, выход переполнения PD которого соединен с первым входом формирователя измерительных импульсов 11 и вторым входом триггера 6, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И» 7, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты 2 с кварцевой стабилизацией, а выход логического элемента «И» 7 соединен со счетным входом двоичного счетчика 8. Выход формирователя измерительных импульсов 11 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорных импульсов 10, вход которого соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов 3, третий выход которого соединен с пусковым входом АЦП 5, выход сумматора 12 соединен со входом усилителя мощности 13, являющегося выходом устройства. Выходы двоичного р-разрядного счетчика 16 соединены с цифровыми входами многоканального аналогового коммутатора 4 и программируемого модуля памяти 15, выходы которого соединены со входами кодоуправляемого усилителя 14, вход которого соединен с выходом аналогового коммутатора 4, выход переполнения р-разрядного счетчика 16 соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов 11, вход программируемого модуля памяти 15 является входом данных.

Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, работает следующим образом. Перед началом работы по шине ввода исходных данных в программируемый модуль памяти 15 заносится информация о значениях коэффициента усиления для каждого измерительного канала.

При поступлении импульса на пусковой вход АЦП 5 начинается цикл преобразования установившегося на его аналоговом входе АИМ-сигнала в двоичный n-разрядный код, по окончании которого импульсом «Готовность данных АЦП» с выхода АЦП 5 производится его параллельная загрузка в двоичный счетчик 8, через двоичный р-разрядный счетчик 16 переключение аналогового коммутатора 4 и установка коэффициента усиления кодоуправляемого усилителя 14 для формирования АИМ-сигнала очередного датчика (канала).

После формирования опорного импульса через минимальное время t_мин, определяемое разрешающей способностью приемо-передающих и регистрирующих систем, контроллер 1 вырабатывает синхронизированный с тактовой частотой импульс, устанавливающий триггер 6 в положение логической единицы, разрешая тем самым импульсам тактовой частоты проходить через логический элемент "И" 7 на счетный вход двоичного счетчика 8, работающего на вычитание. При переходе счетчика 8 через ноль на выходе переполнения счетчика 8 появляется импульс, поступающий на второй вход формирователя измерительного импульса 11 и первый вход триггера 6, приводя его в исходное состояние, в результате чего закрывается ключ 7 и прекращается поступление импульсов тактовой частоты на счетчик 8, чем обеспечивается однократность появления измерительного импульса в измеряемом интервале. Время появления измерительного импульса относительно опорного импульса пропорционально значению сигнала на аналоговом входе АЦП 5.

Таким образом, описание работы показывает, что заявляемый преобразователь позволяет сократить количество индивидуальных согласующих устройств до одного, общего для всех измерительных каналов (датчиков).

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан лабораторный макет преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого преобразователя и подтвердили его ценность.

Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, содержащий многоканальный коммутатор, контроллер, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией и распределитель тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И», второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты, а выход логического элемента «И» соединен со счетным входом двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера и первым входом формирователя измерительных импульсов, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорных импульсов, вход которого соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов, третий выход которого соединен с пусковым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены со входами двоичного счетчика соответственно, вход управления параллельной загрузки которого соединен с выходом готовность данных аналого-цифрового преобразователя, выход сумматора соединен со входом усилителя мощности, отличающийся тем, что дополнительно введены кодоуправляемый усилитель, программируемый модуль памяти и двоичный р-разрядный счетчик, выходы которого соединены с цифровыми входами многоканального коммутатора и программируемого модуля памяти, выходы которого соединены со входами кодоуправляемого усилителя, вход которого соединен с выходом многоканального коммутатора, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, выход готовность данных которого соединен со счетным входом двоичного р-разрядного счетчика, выход переполнения которого соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов, вход программируемого модуля памяти является входом данных.