Аналого-цифровой преобразователь

 

А. А. Бубеничек, А. К. Василевский, Ю. М. Гусев, В.,А. Клюев, В. Я. Серых, Л. Л. Утяков, Б. В. Шехватов и. С. Н. Шустенко (72) Авторы изобретения

1 "

Институт океанологии им. П. П. Ширшова (7!) Заявитель (54) АНАЛОГО-LIH<9POBOA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике при преобразовании аналоговых величин в цифровые.

Известен аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения, содержащий цифроаналоговый преобразователь, компаратор, входной усилитель и блок управления (11

Недостатком этого устройства является сложность блокоуправления и ограниченные функциональные воэможности, так как оно не позволяет получать значения преобразования в последовательном коде.

Наиболее близким по технической cymности к изобретению является аналогоцифровой преобразователь последовательного приближения, содержащий цифроана логовы и преобразователь, триггерный регистр результата преобразования, ком 20 паратор, сдвиговый регистр, триггер и генератор тактовых сигналов. В сдвиговом регистре последовательно, начиная с первого такта, передвигается сигнал

«1», устанавливающий триггеры регистра в состояние»1». С выходов триггерного регистра код поступает на цифроанапого вый преобразователь, триггеры остаются в состоянии 1», или переключаются в состояние "О", в зависимости от результата сравнения компаратором входного сигнала и сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя в соответствующем такте, Таким образом, в триггерном регистре устанавливается код результата преобразования, который в параллельном виде поступает HB выходы устройства f 2) Недостатком э того устройства является сложность блока управления, требующей триггерного регистра и сдвигового регистра, а также невозможность получения значения преобразования в последовательном коде, начиная с младшего разряда, что усложняет обработку результатов преобразования, например определение среднего значения, путем последс

3 9459 вательного поразрядного сложения текущих отсчетов.

Пель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, входами соединенного с выходами сдвигового регистра, р а выход подключен к первому входу триггера, второй вход компаратора соединен с шиной входного сигнала, а первый выход генератора подключен к тактовому входу сдвигового регистра, управлякщий вход которого подключен к второму входу триггера и к шине начальной установки, введены первый и второй, элементы ИЛИ, одновибратор, первый и второй элементы

И, дешифратор, счетчик и делитель, причем выход первого элемента ИЛИ подклк чен к входу сдвигового регистра, выход второго элемента ИЛИ подключен к третьему входу триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а третий вход соединен с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен к инверсному входу второго элемента И и к второму входу элемента И, а выходы дешифратора подключены к выходам счетчика, управляющий вход которого подключен к

35 управляющим входам сдвигового регистра, делителя и одновибратора, а тактовый вход счетчика подключен к первому выходу генератора, второй выход которого соединен с тактовым входом делителя, 4в выход которого подключен к входу счетчика и к первому входу второго элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, причем выход сдвигового регистра соединен с вторым

45 входом второго элемента И.

На чертеже представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя.

Предлагаемый преобразователь содержит цифроаналоговый преобразователь 1, 5О компарато 2, триггер 3, генератор 4 е выходами 5и6,,сдвиговый регистр 7, дешифратор 8 с выходами 9 и 10, счетчик ll, делитель 12, элементы И 13 и

14, элементы ИЛИ 15 и 16, одновибратор 17, шину 18 начальной установки, шину 19 входного сигнала и шину 20 выходных сигналов.

77 4

Рассмотрим, работу устройства на конкретном примере десятиразрядного аналого-цифрового преобразователя.

Импульс начальной установки (НУ), поступакщий на шину 18 начальной установки, устанавливает триггер 3, счетчик 11 и делитель 12 в нулевое состо яние. Сдвиговый регистр 7 также устанавливается этим импульсом в начальное положение — в старшем разряде "1 ", а в остальных разрядах "0".. Этот код поступает на входы цифроаналогового преобразователя 1 и превращается в аналоговый эквивалент, который сравнивается с входным сигналом. Результат сравнения ("f."",,если входной сигнал больше, либо "0", если входной сигнал меньше сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя 1) импульсом с одновибратора 1 7, запускаемого задним фронтом импульса начальной установки, через элемент ИЛИ 16 записывается в триггер 3.

Тактовые импульсы с выхода 5 генератора 4, образу кщие последовательность тактовых импульсов, поступают на тактовый вход сдвигового регистра 7. С каждым таким импульсом "1 ", записанная в начальный момент в старший разряд, сдвигается на одну позицию в сторону младших разрядов. До тех пор, пока на выходах 9 и 10 дешифратора 8 присутствуют н ли, информация с выхода сдвигового регистра (младший разряд) переписывается на его же вход (старший разряд) через открытый элемент И 14 и элемент ИЛИ 15.

Счетчик 11 считает по модулю Р, где

P — число разрядов преобразования, а значит и разрядность сдвигового регистра

7, и для данного случая равно 1 О. В момент, когда счетчик 11 находится в состоянии 8 (Р-2), на выходе .9 дешифратора

8 появляется "1", которая поступает на вход сдвигового регистра 7 через элемент ИЛИ 15. Эта единица заносится в старший разряд сдвигового регистра

7 следующим девятым тактовым импульсом, приводящим счетчик 11 в состояние

"9 (Р-1). Это состояние также фиксируется дешифратором 8 и на его выходе

10 появляется 1 ", которая запирает элемент И 14 и подклкчает к входу сдвигового регистра 7 через открытый элемент И 13 и элемент ИЛИ 15 выход триггера 3. Следующим десятым тактовым импульсом результат сравнения, хранящийся в триггере 3, записывается в старший разряд сдвигового регистра 7.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы.М., Советское радио, 1 979, с. 339-340.

2. Балакай В. Г. и др. Интегральные схемы AUfl u UAH. М., Энергия, 1979 с. 45-47 (прототип).

9489

Таким образом, в сдвиговом регистре 7 к этому моменту времени в старшем

10-ом разряде находится результат сравнения входного сигнала с аналоговым эталоном двоичного кода с "1" в старшем разряде, а в 9-ом разряде записана

1". На выходе цифроаналогового преобразователя присутствует аналоговый эквивалент этого состояния сдвигового регистра 7. 1О

Одновременно с тактовыми импульсами ТИ 1 генератор 4 генерирует последовательность ТИ 2, поступакщую на вход делителя 12 по модуЛю Р(10). На его выходе появляется импульс с эапаз- 15 дыванием на полпериода после десятого импульса ТИ 1. Этот импульс поступает на тактовый вход триггера 3 и заносит результат сравнения присутству к щего на выходе цифроаналогового преобразова-2й теля 1 с входным напряжением. Кроме того, этот импульс поступает на вход счетчика 11 и изменяет его состояние на единицу. Таким образом, следующее состояние «8 "(Г -2) счетчика 11 позво- у5 лит занести «1» в восьмой разряд сдвигового регистра 7, а состояние "9 "(Р-1) счетчика 11 — в результач сравнения, хранящийся в триггере 3.

Дальнейшая работа устройства проис- 5Е ходит аналогичным образом до тех пор, пока все разряды сдвигового регистра 7 не будут заполнены соответствукшими результатами сравнения, т.е. пока не будет получен десятиразрядный результат преобразования. После этого следующие десять тактовых импульсов ТИ 1 выдают на выход 20 устройства последовательный код результата.

В предлагаемом устройстве сдвиговый 40 регистр объединяет функции многоразрядного триггерного регистра результата и многоразрядного сдвигового регистра известного устройства, что значительно упрощает аналого-цифровой преобразователь и снижает аппаратурные затраты на его изготовление. Кроме того, изобретение позволяет получить результат. в последовательном двоичном коде, начиная с младшего разряда без применения дополнительного оборудования. Такая функциональная возможность позволяет легко производить операции усреднения измеряемых величин.

Использование предлагаемого устройства в g,öèôðoâoì зонде Океан и в автономном цифровом измерителе температуры и

55 течения IHTT 4 позволяет сократить аппаратурные затраты и снизить энергопотребление приборов и их стоимость.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, входами соединенного с выходами сдвигового регистра, а выход подключен к первому входу триггера, второй вход компаратора соединен с шиной входного сигнала, а первый выход генератора подключен к тактовому входу сдвигового регистра, управляющий вход которого подключен к второму входу триггера и к шине начальной установки, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения функциональных во . можностей, введены первый и второй элементы ИЛИ, одновибратор, первый и второй элементы И, дешифратор, счетчик

1 и делитель, причем выход первого элемента ИЛИ подключен к входу сдвигового регистра, выход второго элемента

ИЛИ подключен к третьему входу триттера, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а третий вход соединен с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен к инверсному входу второго элемента И и к второму входу первого элемента И, а выходы дешифратора подключены к выходам счетчика, управлякший вход которого подключен к управляющим входам сдвигового регистра, делителя и одновибратора, а тактовый вход счетчика подключен к первому выходу генератора, второй выход которого соединен с тактовым входом делителя, выход которого подключен к входу счетчика и к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, причем выход сдвигового регистра соединен с вторым входом второго элемента И.