Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 10.01,80 (21) 2866283/18-21 с присоединением заявки ¹â€”

)51) М. Nn.з

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300782. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 300782

)ЩУДК 681.325 (088.8) (72) Автор изобретения

В.И. Тимофеев! !

Центральное конструкторское бюро гидромет орологического приборостроения Госиомгииромета (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматическо го измерения, а также в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погретвностей преобразования аналоговой величины в цифровой код.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на преобразовании в частоту следования импульсов измеряемого и двух эталонных напряжений и формировании кода, соответствующего разности количества импульсов частоты, пропорциональной измеряемому напряжению за время измерения, и кода начальной установки, в котором время измерения формируют подсчетом импульсов частоты, пропорциональной коду разности количеств импульсов частоты, пропорциональных первому и второму эталонным напряжениям, подсчитанных за эталонное время, а код начальной установки формируют, вычитая нз количества импульсов частоты, пропорциональной одному из эталонных напряжений за время изме рения кода номинального значения этого эталонного напряжения.

Известно устройство для осуществления этого способа, содержащее преобразователь напряжение -частота, 5 вход которого через аналоговые переключатели соединен с. выходами источников двух эталонных напряжений и измеряемого напряжений, первые три входа блока управления соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов Й соединены с четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока управления соответственно, а вторые входы соединены с выходом преобразователя напряжение-частота, входы первого и второго реверсивных счет- чиков соединены с выходами первого и второго, третьего и четвертого элементов И соответственно, входы двоичного умножителя соединены,с выходами первого суммирующего и второго реверсивного счетчиков, а выход соединен с входом aTopqro суммирующего счетчика, выход которого соединен с входом блока управления, входы элемента ИЛИ соединены с чет« вертым и пятым выходами блока управления, первый вход пятого элемента

И соединен с выходом генератора эта-

947961 лонной частоты, второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход соединен с входом первого суммирующего счетчика 31J .

Недостатками известных способа и устройства, его реализующего, яв- 5 ляются невысокое быстродействие и низкая точность измерения.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения.

Указанная цель достигается тем, fO что в способе аналоготцифрового преобразования, заключающемся в преобразовании на такте калибровки двух эталонных напряжений в частоту следования импульсов и формировании кода, пропорционального разности количеств импульсов, частот, пропорциональных эталонным напряжениям, подсчитанных за постоянное время, преобразований, на такте измерения измеряемого напряжения в частоту следования импульсов и формировании выходного кода на такте калибровки после преобразования в частоту следования импульсов двух эталонных напряжений запог инают количество импульсов частоты, пропорциональной одному из эталонных напряжений, подсчитанных за постоянное время, а формирование выходного кода на такте измерения осуществляют путем подсчета за время измерения разности количеств импульсов частот, пропорциональных измеряемому напряжению и запомненному эталонному напряжению.

В устройство для осуществления способа, содержащее преобразователь напряжение-частота, вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных и измеряемого напряжений, 40 блок управления, три выхода которого соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, выход преобразователя напряжение-частота соединен с первыми входами первого, 45 второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с первым и вторым выходами блока управления, генератор импульсов постоянной частоты, Ьыход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом первого счет-. чика, выход первого элемента И соединен с суммирующим входом второго счетчика, выходы второго и третьего элементов И соединены с вычитающим и и суммирующим входами третьего счетчика, выходы первого и третьего счетчиков соединены с входами двоичного умножителя, выход которого через четвертый счетчик соединен с первым входом блока управления, третий выход которого соединен с другими входами первого и четвертого элементов И, а выход генератора импуль- 65 сов постоянной частоты соединен со вторым входом блока управления, введены пятый счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента

И, и второй двоичный умножитель, входы которого соединены с выходами первого и пятого счетчиков, а выход — с вычитающим входом второго счетчика.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 — временная диаграмма работы.

Устройство содержит источники

1 и 2 эталонных напряжений Uo и 0 д, источник 3 измеряемого напряжения аналоговые переключатели 4 - 6, блок 7 управления, преобразователь

8 напряжение-частота,.генератор 9 постоянной частоты, элементы И 10

13, счетчики 14 - 18, двоичные умножители 19 и 20.

Блок 7 управления предназначен для выработки временных интервалов

Т = Т1= ТсОпМ" ТиЗм.= ТЬ.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряемое и два эталонных напряжения преобразуют в частоту следования импульсов с помощью преобразователя 8 напряжение-частота, на вход которого подают напряжение через аналоговые переключатели 4 — 6, управляемые блоком 7 управления. Процесс измерения состоит издвух тактов: такта калибровки и такта измерения.

Такт калибровки состоит из двух подтактов;на первом подтакте калибровки блок 7, управления через аналоговый переключатель 4 подключает источник 1 первого эталонного напряжения О на вход преобразователя 8 напряжение-частота, на выходе которого формируется частота.F< .

О1 1 бi где Г „— начальная частота преобра.зователя напряжение-частота;

К„. — крутизна преобразователя напряжение-частота.

На время Т„. = Т „ блок 7 управления подает разрек|ейие на второй вход элемента И 11, и на суммирующий вход счетчика 14 и вычитающий вход счетчика 16 поступает количество импульсов и

" = „ 1= сопМ о„ - "o).

На втором подтакте калибровки блок 7 управления через аналоговый переключатель 5 подключает источник

2 второго эталонного напряжения U на вход преобразователя 8 напряжение-частота, на выходе которого формируется частота Fq .

+к. и

1 О„

На время Т = Т блок 7 управления подает разрешение на второй

947961

Ъ вход элемента И 12, и на суммирующий вход счетчика 16 поступает количество импульсов Й1

) „=т „= „„(Fo + Y„um).

К концу второго подтакта калибровки в счетчике 16 записывается количество импульсов 8>

"ь="ю. "1 Тсо„С К1 ("т Uo)На втором такте измерения путем подсчета определенного количества импульсов частоты, пропорциональной коду разности количеств импульсов частот, пропорциональных первому и второму эталонным напряжением, подсчитанных за постоянное время формируется время измерения Т„ „„.

Для этого блок 7 управления через аналоговый переключатель б подключает источник 3 измеряемого напряжения Ох на вход преобразователя 8 напряжение-частота, на выходе которого формируется частота Fg

F3 = Fo1 +K1 "хНа втором такте блок 7 управления подает разрешение на вторые входы элементов И 10 и 13, с выходов которых частоты F zF< р поступают на входы счетчиков 15 и 17.

На выходах двоичных умножителей

19 и 20 формируются импульсы с частотами F15

17

Tconst (Fo„- " "o}

15 34п Д Зац д

Const i nI oj и Т -К(u U зор р заи д

1 где А - полная емкость счетчиков

14 — 16;

F «р — частота заполнения счетчика.

Импульсы с частотой F поступают и на вход счетчика 18, и после подсчета в нем количества импульсов Ч импульс переполнения, поступающий

1 на вход блока 7 управления, заканчивает время формирования Т = Т при этом

Э мам

Я4 й4.4 T иьм. р "Зар "с„С К (".-Ю

Путем подсчета за время измерения разности количеств импульсов частоты, пропорциональной измеряемому напряжению и частоты, пропорциональной количеству импульсов частоты, пропорциональной одному из эталонных напряжений, подсчитанных за постоянное время, формируется выходной код. За время Т„ м на суммирующий вход счетчика 17 поступает количество импульсов М5

М4.4 Fo; +< Ох

Я=Т Р

5 иЗм " Feignò „ -К (0, -Оо)

На вычитающий вход счетчика 17 поступит количество импульсов Мб

Я4Д Fo + К 00 эай Т Опэ

В итоге, за время T >>в счетчике

16 подсчитывается количество импульсов ) ) эьр<

"4 " (ко, ке "x)

".. Ъ5 Ь т х 360 cong/ К (О -О )

N4 A.F n Tco„ (Fo. "; -u )

Т о„, -,. () - )б) А

При времениТ „, Формируемом блоком 7 управлеййя, равном

25 Тсорэ F "л" 4 oonq< Feign.д 84=А зари . и + к, U )- N Як, к, U0) 4 1 Ю О

Х О

4.ц ц

И таким образом, на выходной код устройства не влияют уходы характеристик преобразователя напряжениечастота начальной частоты Еб;)и крутизны 1с; .

Уменьшение числа тактов измере40 ния, а .также независимость выходного кода устройства от характеристик преобразователя напряжения-частота и уменьшение числа калибровок повышает быстродействие и точность пре45 Образования.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования, заключающийся в преобразовании на такте калибровки двух эталонных напряжений в частоту следования импульсов и формировании кода прОпОрциОнальнОгО разнОсти ко» личеств импульсов частот, пропорциональных эталонным напряжениям, подсчитанных за постоянное время, преобразовании на такте измерения измеряемого напряжения в частоту следования импульсов и формировании выходного кода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразования, на такте калибровки после преобраэова- i

65 ния в частоту следования импульсов двух эталонных напряжений запоминают количество импульсов частоты, пропорционаяьной одному из эталонных напряжений, подсчитанных за постоянное время, а формирование выходного кода на такте измерения 5 осуществляют путем подсчета за время измерения разности количеств. импульсов частот, пропорциональных измеряемому напряжению и запомненному эталонному напряжению. 10

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее преобразователь напряжение-частота, вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных и измеряемого напряжений, блок управления, три выхода которого соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, выход преобразователя напряжение-частота соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с первым и вторым выходами блока управления, генератор импульсов постоянной частоты, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика, выход первого элемента И соединен с суммирующим входом второго счетчика выходы второго и третьего элементов И соединены с вычитающим и суммирующим входами третьего счетчика, выходы первого и третьего счетчиков соединены с входами двоичного умножителя, выход которого через четвертый счетчик соединен с первым входом блока управления, третий выход которого соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И, а выход генератора импульсов постоянной частоты соединен с вторым входом блока управления, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что в него введены пятый счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента И, и второй двоичный умножитель, входы которого соединены с выходами первого и пятого счетчиков, а выход — c вычитающим входом второго счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР по заявке Р 2608742, кп. Н 03 К 13/20, 1978 (прототип, 947961

/ладж - колидробка

Ы дяблжл Р-й аяЖпокт

rnrrm - цзлерение

Составитель A. Кузнецов

Редактор A. Orap Техред Л. Пекарь Корректор A. Дзятко

Заказ 5668 78 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,