Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности

 

())) 871328

ОП ИСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ к лвтовскомю свиритин ствю

Соаз Советсиих

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.05.79 (2l ) 2764744/18-21 с присоединением заявки М (23)ПриоритетОпубликовано 07.10,81. 61оллетень № 37

Дата опубликования описаиия07.10:81 (5! )М. Кл.

Н 03 K 13/02

9жуаерстекнеь1к квинтет

СССР вю делеи взебретекик и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) Б; Б. Алякринскиф, B. С. Ермина, Б. Н. Коншйн н В. А. Ильин (72) Авторы изобретения

Всесоюзный заочный политехнический ннстнтут, (7l) Заявитель (54) АНАЛОГОИИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КОРРЕКБИЕЙ

ПОГРЕШНОСТИ

Изобретение относится к цифровой из«мерительной технике и может быть ис» нользовано дпя измерения аналоговых сигналов и индикации измеряемой величины в цифровом виде в информационно-измерительных и телемеханическнх измерительных системах.

Известен аналого-.цифровой преобразователь, содержащий переключатель, coeqsпенный первым входом со входной шиной устройства, вторым входом с выходом

16I цифро-аналогового преобразователя, выхо- ° дом - со входом преобразователя, вычис .литель, генератор импульсов, соединенный с вычислителем, индикатор результатов

15 измерения, включенный на выходе вычислителя, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами переключателя, преобразователя и вы числителя (1 3.

Недостаток этого аналого-цифрового преобразователя заключается в умеж ценки быстродействия, связанном с необходимостью выполнения дополнительных вычис

2 лительных операций для определения корректирующего воздействия.

Белью изобретения является .п ъвышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности, содержаший генератор импульсов, переключатель, первый вход которого соединен со входной шиной, второй вход - с первым выходом блока управления, третий вход через цифро-аналоговый преобразователь - с выхо» дами блока памяти и выход - с первым входом преобразователя напряжение-временной интервал", прн этом первый вход первого реверсивного счетчика соединен со вторым ЙЬ1ходом блока управления,вве дены семь элементов -HE, элемент ИЛИ,. второй резистивный счетчик н два тригге ра, причем единичный вход первого тритъ. гера соединен с выходом преобразователя

"напряжение-временной интервал" и с первым входом первого элемента И НЕ, ну»

871328

55 левой вход — с третьим выходом блока управления, а единичный выход - с первыми входами второго и третьего элементов -HE, при этом второй вход второго элемента И-НЕ соединен с единичным

5 выходом второго триггера и с первыми входами четвертого и пятого элементов

И-НЕ, а выход подключен ко входу блока управления, к первым входам шестого и седьмого элементов -HE и ко вторым входам третьего и пятого элементов ИНЕ, выход последнего соединен с вычита, юшим входом первого реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соеди- нен с выходом третьего элемента И НЕ, входы параллельной записи соединены с выходами второго реверсивного счетчика таким образом, что выход и -ного разря да второго реверсивного счетчика соединен со входом и +1-го разряда первого реверсивного счетчика и со входами элемента ИЛИ, а выходы подключены ко входам параллельной записи блока памяти и ко входам блока индикации, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход ко- торого соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом

° шестого элемента -HE, а вычитаюший вход - с выходом седьмого элемента И

НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, со вторым входом шестого элемента И-НЕ и с треTbHMH входами третьего и пятого элементов И-НЕ, четвертые входы которых сое динены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, восьмой выход которого соединен с третьим входом седьмого элемента И-НЕ, девятый

16 выход соединен с третьим входом шестого элемента И-НЕ, десятый и одиннадцатый выходы соединены соответственно со вхо дами управления параллельной записью и сдвигом блока памяти, двенадцатый и три надцатый выходы соединены соответствен» но со вторыми входами первого и четвер того элементов И-НЕ, четырнадцатый вы ход соединен со вторым входом преобра зователя напряжение-временной интервал, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и первого элементов И-НЕ; при этом третий вход последнего соединен с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с пятнадцатым выходом блока управления, а иньертируюший единичный вход - с выходом элемента И-HE.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Преобразователь содержит реверсивные счетчики 1, 2, блок памяти 3, элементы

И-НЕ 4-10, генератор импульсов 11, цифро-аналоговый преобразователь 12, переключатель 13, преобразователь "напряжение-временной интервал" 14, триггеры

l5 и 16 блок управления 17, элемент

ИЛИ 18, блок индикации 19, входную шину 20.

Работа устройства заключается в следующем.

В исходном состоянии блок управления

17 обнуляет реверсивный счетчик 2, а также устанавливает триггеры 15 и .16 в состояние "1, поэтому на выходе элемента И-НЕ 5 состояние "0". На выходе преобразователя "напряжение-временной интервал" в исходном состоянии сигнал 1".

По сигналу блока управления 17 преобразователь "напряжение-временной интервал 14 подключается через переключатель 13 ко входной шине 20, на которую подано измеряемое напряжение. С выходом элемента И-НЕ 5 сигнал "0" поступает. на входы элементов И-HE 6, 8, 9 и 10, благодаря чему на их выходах имеются сигналы l . По сигналу с блока управления 17 преобразователь "напря жение-временной интервал" 14 начинает работу, и на его выходе появляется сиг нал 0 . Одновременно блок управления

l7 подает сигнал "1" на третий вход элемента И-НЕ 9 и переводит триггер 15 в состояние О . Импульсы генератора

11 через элемент И-НЕ 9 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 2.

В момент окончания временного инте м вала, соответствующего измеряемому напряжению, на выходе преобразователя 14 появляется сигнал 1", который переводит триггер 15 в состояние 1", и иа выходе элемента И НЕ 5 появляется сигнал 0 . Прн этом иа выходе элемента

И-HE 9 появляется сигнал "1». B реверсивном счетчике 2 запишется число Ny> соответствующее времени работы преобра-, зователя 14; й, о(«И в, (ц где 0 измеряемое напряжение;

* - относительная мультиппикатив

У

HBQ cocTBBJl$BoBlGQ погрешности преобразователя 1 4; р - абсолютная аудитивная состав ляюшая погрешности преобразователя 14.

87Ы28 6

1о

15 го м„= (1Р)- ц ° (2) После этого по сигналу с выхода элемента -HE 5 блок управления 17 снова выдает сигнал "0" на третий вход элемента -HE 9. Одновременно сигнал с блока управления 17 поступает на управляющий вход счетчика 1, благодаря чему число

Й0, записанное в счетчике 2, переписывается в счетчик 1. Поскольку выход д -ного разряда счетчика 2 соединен со входом и +1-го разряда- счетчика 1, число

Hp из счетчика 2 будет переписано в счетчик 1 со сдвигом на единицу в сгорону старших разрядов, что равносильно умножению этого числа на два (используется двоичная система представления числа Np. Таким образом, в счетчике 1 будет записано число

Ыо=gu <++d. q>

Одновременно сигналом управления параллельной записью, подаваемым с блока управления 17, число 2Ng с выхода реверсивного счетчика 1 записывается в блок памяти 3, который выполнен в виде сдвигаюшего регистра. Затем по сигналу управления сдвигом происходит сдвиг записанного числа в разрядах блока памяти

3 на единицу в сторону младших разрядов т.е. в блоке памяти будет записано число

Яо {1), Код этого числа подается на цифро=аналоговый преобразователь 12, на выходе которого появляется аналоговая величина, соответствующая коду числа Hp, По сигналу с блока управления 17 переключатель 13 соединяет выход цифроаналогового преобразователя 12 со входом нреобразователя напряжение-временной интервал" 14. После этого по сигналу блока управления 17 преобразователь "напряжение«временной интервал" начинает работу. Одновременно бпок управления 17 подает сигнал 1" на четвертый вход элемента -HE 8 и переводит триггер 15 в состояние "0". При этом, импульсы с генератора ll через элемент -HE 8 поступают на вычитаюший вход счетчика 1.

В момент окончания временного интервала, преобразователь "напряжение-вре- . менной интервал 14 переводит триггер

1S в состояние "1", и счет импульсов прекращается. В счетчике 1 будет записан первый итерационный результат измерения Nq

Далее с блока управления 17 на четвертый вход элемента И-НЕ 8 снова подается сигнал "0", а на вход управления параллельной записью бпока памяти 3 сигнал разрешения записи числа из счетчика 1.

Число Й., записывается в блок памяти

3 и оттуда поступает на цифро-аналоговый преобразователь 12, с выхода которого аналоговая величина, т.е. напряжение, соответствующее коду числа й,, поступает на вход преобразователя "напряжение-временной интервал" 14. После этого блок управления 17 выдает сигнал запуска преобразователя 14, переводит тригге-ры 15 и 16 в состояние О" и выдает сигналы "1" на вторые входы элементов

И-НЕ 4 и 7, на третий вход элемента ИНЕ 10 и на четвертые входы элементов

И-ЦЕ 6 и 8.

Импульсы генератора импульсов 1 1 начинают поступать через элемент И-НЕ 10 на вычитаюшнй вход счетчика 2, в котором записано число Й р v(«4) 4 Р. Разность 33 между числом йо и результатом измерения напряжения, соответствующего числу Й,, определяется формулой: р 0+ Яц„ 2 ., р

С целью уменьшения мультпликативной составляющей погрешности измерения в приборе предусмотрена коррекция чувствительности преобразователя напряжениезо временной интервап 14 по величине Р, Поскольку при А =0 имеем D= О,то, минимизируя абсолютное значение величины Р изменением величины ci, можно поддерживать величину d. вблизи нулевого значения.

Преобразователь "напряжение-временной интервал" 14 настроен таким образом, что его исходная (до коррекции) мультипликативная составляющая погрешности иэ4о мерения Ао положительна. Коррекция осуществляется уменьшением чувствительности на некоторую величину С о каждый раэ, когда 2 1 О, и увеличением -чувствительности на ад к каждый раз, когда 2 ь, О.

Величину изменения чувствительности и к выбирают такой, чтобы скомпенсировать максимально возможный уход параметров преобразователя "напряжение-временной интервал 14 эа время между двумя кор50 о

Коррекция чувствительности и получе ние второго итерапнонного результата происходят следующим образом.

Если Э > О, временной интервал, вырабатываемый преобразователем напряжение-временной интервал Т 4 оканчивается до обнуления счетчика 2. В этом случае триггер 15 будет установлен. в состояние l, и импульсы генератора импу п

87И сов 11 начнут поступать на суммирующий вход счетчика 1, в котором записано число N (2).

Кроме того, на выходе элемента

«НЕ 4 IIQ593oseTcs cBFBBII "О", который поступает на вход преобразователя напря временной интервал 14, уменьшая его чувствительность на величину дсЕК.

Далее происходит обнуление реверсивного счетчика 2, и сигнал с выхода эле- IÎ мента ИЛИ 18 установит триггер 16 в состояние " 1 ", на выходе элемента

И-НЕ 5 появится 0", счет импульсов будет прекращен, и блок управления 17 снова ус тановит сигналы "0" на вторых входах элементов И-НЕ 4 и 7, на третьем входе элемента И-НЕ 10 и па четвертых входах элементов И-HE 6 и 8. Колйчество импульсов, прошедших на суммирующий вход счетчика 1, при этом будет равно г0 числу, оставшемуся в счетчике 2 в момент окончания временного интервала, вы рабатываемого юеобоазователем напряжение-временной интервал" 14, т.е. D.

Пусть 2 <» О. В этом случае триггер 25

16 перейдет в состояние "1" раньше или одновременно с появлением сигнала "1 на выходе преобразователя напряжениевременной интервал" 14. На выходе элемента И-НЕ 7 появится сигнал "О", что gp повысит чувствительность преобраЬовате ля на величину а Ау . При этом, если

ЪсО, то в момент обнуления счетчика 2 триггер 16 будет установлен в состояние

"1", и с этого момента будет производиться одновременное вычитание импу ь сов из счетчиков 1 и 2 соответственно через элементы И-НЕ 10 и 8. В момент окончания временного интервала триггер

15 перейдет в состояние 1", на выходе 40 элемента И-НЕ 5 появится сигнал "0", и счет импульсов прекратится.

Э счетчике 1 ao acex случаях образуется алгебраическая сумма величин Nq и ц кОтОрая равна втОрОму итерадион 4

45 ному результату измерения

Й = g)+ Q= )Ф сд +Й ф.

При 3= 0 число в счетчике 1 не меняется. По сигналу блока управления

17 число М выводится из счетчика 1 на блок индикации 19. Поскольку уменьше« ние чувствительности, à "íà÷èò и величины Q происходит всякий раз, когда вели55 чина р становится равной или больше 1, а увеличение - всякий раз, когда она становится равной илн меньше О, то в установившемся режиме О 4 3g 1.

28 8

Отсюда

0« +4. - +й 4g c" ° (д)

Поскольку для относительной погрешности второго итерационного результата измерения имеем выражение (2)

Ъ О. Ib U то о учетом (3) поа чеем; ) — ) °

>с "11

Следовательно, независимо от воздействия внешних факторов

2 (—. ..0

Таким образом, слределение знака величи . ны Р, необходимое для выработки корректирующего воздействия, производится в ходе получения второго итеррационного результата и не требует дополнительных затрат времени, что увеличивает быстродействие прибора.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией погрешности, содержащий генератор импульсов, переключатель, первый вход которого соединен со входной шиной, второй вход - с первым выходом блока управления, третий вход через цифроаналоговый преобразователь - с выходами блока памяти, и выход - с первым входом преобразователя,:"напряжениевременной интервал, при этом первый вж>д первого реверсивного счетчика соединей со вторым выходом блока управления,о т.-.л 4 ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены семь элементов -HE, элемент ИЛИ, второй реверсивный счетчик и два триггера, при» чем единичный вход первого триггера сое динен с выходом преобразователя напряжение-временной интервал и с первым вхо»

-дом первого элемента И-НЕ, нулевой вход соединен с третьим выходом блока управления, а единичный выход соединен с первыми входами второго и третьего эле ментов -HE, при этом второй вход второго элемента И«НЕ соединен с единичным выходом второго триггера и с первыми входами четвертого и пятого элементов

И-НЕ, а выход подключен ко входу блока управления, к первым входам шестого и седьмого элементов И-НЕ и ко вторым

I входам третьего и пятого элементов И-НЕ, выход последнего соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом третьего элемента И-НЕ, входы

871328

10 параллельной записи соединены с выходами второго реверсивного счетчика таким образом, что выход и -ного разряда второго реверсивного счетчика соединен со входом и +1-го разряда первого реверсивного счетчика и со входами элемента ИЛИ, а выходы подключены ко входам параллельной записи блока памяти и ко входам блока индикации, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляюшим входом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом шестого элемента И НЕ, а вычитаюший вход - с вы;ходом седьмого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, со вторым входом шестого элемента И-НЕ и с третьими входами третьего и пятого элементов И-НЕ, четвертые входы которых соединены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, восьмой выход которого соединен с третьим входом седьмого

i элемента И-НЕ, девятый выход соединен с третьим входом шестого элемента И-НЕ, десятый и одиннадцатый выходы соединены соответственно со входами управления параллельной записью и сдвигом блока памяти, двенадцатый и тринадцатый выхо» ды - соответственно со вторыми входами первого и четвертого элементов И-НЕ, четырнадцатый выход соединен со вторым

1 о выходом преобразователя напряжение-вре: менной интервал", третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и первого элементов -HE, при этом третий вход последнего соединен с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с пятнадцегым выходом блока управления, а инвертирующий единичный входс выходом элемента ИЛИ. г Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2546074/18-21, кл. Н 03 К 13/00, 31.05,78 (прототип),