Преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик л ф

//- -. - г г

-г ..., 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.03.81 (21) 3265814/18-21 151) М. КЛ.з

Н 03 К 13/02 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий (23) Приоритет— (53)УДК 681.325 (088. 8) Опубликовано 15,10.82-. Бюллетень № 38

Дата опубликования описакия 15,10,82 (72) Авторы изобретения

Е.Л.Кон, Н.Н.Матушкин и A.A.Þæàêoâ (71) Заявитель

Пермский политехнический институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ЦИФРОВОЙ КОД

15

30

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования в качестве пер- вичного преобразователя для устройств ввода ЦВМ.

Известны преобразователи ампли.тудных значений переменного напряжения в код, которые предполагают использование преобразователей с промежуточной памятью 1;1 .

Однако данные преобразователи имеют низкую точность и относитель-. но высокую сложность структуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство измерения амплитуды периодически изменяющегося напряжения, которое содержит блок запуска, генератор импульсов, ключи, ячейки памяти, компараторы, генератор,фазовращатель, узел совпадения, соединенные между собой определенным образом 2 .

Однако указанное устройство не обладает необходимым быстродействием, что обусловлено, главным образом, сравнительно большим временем формирования вспомогательного напряжения, амплитуда которого принимается эа амплитуду измеряемого напряжения, и требуемой точностью, так как запомни ание двух величи н прои сходит в аналоговой форме.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой код, содержащий блок запуска, вход которого соединен с входной шиной, генератор изменяющегося напряжения, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первым входам первого и второго компараторов, а первый и второй выходы генератора импульсов соответственно соединены с первыми входами первого и второго ключей, введены третий ключ, первый и второй реверсивные счетчики и множительно-делительный блок, причем вторые входы компараторов соединены с входной шиной, выход первого компаратора подключен к вторым входам первого и второго ключей, выходами подключенных к входам вычитания соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, выход второго компаратора йодключен к первому входу

966889 третьего ключа, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, а выхлоп подключен к входам сложения перв. о и второго реверсивного счетчиков, входы обнуления которых соединены с первым 5 выходом блока запуска, вторым выходом подключенного к входу генератора изменяющегося напряжения, а выходы реверсивных счетчиков соответственно подключены к первому и второму входам множительно-делительного блока.

На фиг.1 приведена структурная. схема преобразователя амплитуды переменного напряжения в цифровой код; на фиг.2 — диаграмма, поясняюцая работу преобразователя.

Преобразователь содержит входную шину, соединенную с блоком 1 запуска и с вторыми входами компараторов 2 и 3, причем первый выход блока 1 запуска соединен с генератором 4 изменяющегося напряжения, выходы которого подключены к первым входам компараторов 2 и 3.

Вход ключа 5 соединен с выходом компаратора 2, а входы ключей 6 и 7 соединены с выходом компаратора 3.

Выходы генератора 8 импульсов соединены с информационными входами ключей 5,6 и 7. Выход ключа 5 соединен с суммирующими входами реверсивных счетчиков 9 и 10, выходы ключей 6 и 7 подключены соответственно к вычитающим входам реверсивных счетчиков 9 и 10, Выходы реверсивных счетчиков 9 и 10 соединены соответствен- ЗЗ но с входами множительно-делительного блока 11. Обнуляющие входы реверсивных счетчиков 9 и 10 соединены с вторым выходом блока запуска 1.

Преобразователь работает следую- 40 щим образом.

В момент времени, когда U (t) =О, срабатывает блок 1 запуска, который обнуляет реверсивные счетчики 9 и

10 и запускает генератор 4 изменяющегося напряжения, напряжение на двух выходах которого начинает возрастать с различной скоростью. В следуюций момент времени открываются ключи 5,6 и 7 и импульсы с генератора 8 импульсов поступают на входы реверсивных счетчиков 9 и 10, причем состояние реверсивного счетчика 9 не изменяется, так как частоты следования импульсов по сложению и вычитанию равны fр, а состояние реверсивного счетчика 10 изменяется, так как на вычитающий вход поступают импульсы с частотой fO /2, а на суммирующий вход — с частотой

fo. Ключи 5,6 и 7 из условий функци- 60 онирования реверсивных счетчиков 9 и 10 должны формировать инверсные синфазные выходные сигналы. Однако состояние счетчиков 9 и 10 изменяется на +1 по переднему фронту импульса с ключа 5, и на -1 по заднему фронту импульсов с ключей 6 и 7.

Таким образом, сигналы на суммирующий и вычитающий входы счетчиков

9 и 10 поступают не одновременно, а раздельно, через время, определяемое длительностью импульса

В момент равенства входного напряжения и напряжения на первом выходе генератора изменяющегося напряжения срабатывает компаратор 3.

Сигнал компаратора 3 закрывает ключи 6 и 7. Состояние реверсивного ! счетчика 9 не изменяется, т.е. М =0.

В реверсивном счетчике 10 записайо число N,пропорциональное величине

0,5, так как íà его суммирующий вход поступают импульсы с частотой

Е, а на вычитающий - с частотой

fz/2.

В момент равенства входного на пряжения и напряжения во втором выходе генератора изменяющегося напряжения 4 срабатывает компаратор 2.

Сигнал с компаратора 2 закрывает ключ 5. В реверсивном счетчике 9 записано. число N>, пропорциональное разности времени и и t, т.е. момент равенства входного напряжения и напряжения на первом выходе генератора изменяюцегося напряжения; момент равенства входного напряжения и напряжения на втором выходе генератора изменяюцегося напряжения; коэффициент пропорциональности где .К и

Б реверсивном счетчике 10 записано число Я4.„пропорциональное разности времейи с и 0 5t<, т.е.

N = К (t — 0 St ).

И(0 ) - K N„(,",„+), где N(U .) - выходной код преобразоЬ1 вателя, пропорциональный амплитуде входного сигнала; .

N - код, пропорциональный разности времени t u записанный в реверсивном счетчике 9;

Х4 - код, пропорциональный разности времени t u

0,5t<, записанный в реверсивном счетчике 10.

Дальнейшее преобразование осуцествляется в множительно-делительном блоке 11 по следуюцему алгоритму

966889

Производится фиксация двух мгновенных значений измеряемого напряжения, временной интервал между которыми задается различными коэффициентами крутизны характеристики на выходах генератора изменяющегося напряжения, и сравнение их с напряжением этого генератора.

Таким образом, в результате преобразования на выходе множительноделительного блока 1 будет код, про- 10 порциональный амплитуде входного сигнала.

При переходе через "0" измеряемого напряжения реверсивные счетчики

9 и 10 обнуляются по сигналу блока 15 запуска 1. Кроме того, блок запуска

1 переключает направление нарастания напряжения на выходах генератора изменяющегося напряжения на противоположное, что обеспечивает повторяющий- 20 ся цикл измерения амплитуды другой полярности.

Предлагаемый преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой код позволяет сократить время преобразования до времени меньшего, чем половина периода входного сигнала, так как определение кодов, пропорциональных разности времен с

-и ;,, t a 0,5 .„ меньше тх 2, где, 30

Т вЂ” период входного сигнала, а вычислительные операции выполняются в дйскретном множительно-делительном блоке с высоким быстродействием.

Это позволяет в 23а раэ повысить быстродействие по сравнению с извест.- З5 ным устройством, где и — число периодов входного сигнала, необходимых для формирования вспомогательного напряжения, амплитуда которого принимается за амплитуду измеряемого íà- 49 пряжения.

Кроме того, предлагаемый преобразователь позволяет измерять амплитуду переменного напряжения неизвестной частоты, повысить точность пре- 45 образования благодаря введению памяти на дискретных элементах,.

Формула изобретения

Преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой .код, содержащий блок запуска, вход которого соединен с входной шиной, генератор изменяющегося напряжения,первМ и второй выходы которого соответственно подключены к первым входам первого и второго компараторов, а первый и второй выходы генератора импульсов соответственно соединены с первыми входами первого и второго ключей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности преобразования, введены третий ключ, первый и второй реверсивиые счетчики и множительно-делительный блок, причем вторые входы компараторов соединены с входной шиной, выход первого компаратора подключен к вторым входам первого и второго ключей, выходами подключенных к входам вычитания соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, выход второго компаратора подключен к первому входу третьего ключа, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, а выход подключен к входам сложения первого и второго реверсивного счетчиков, входы обнуления которых соединены с первым выходом блока запуска, вторым выхо дом подключенного к входу генератора изменяющегося напряжения, а выходы реверсивных счетчиков соответственно подключены к первому и второму входам множительно-делительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Приборы и техника эксперимента", 1974, 9 6, с.95.

««

2. Авторское свидетельство СССР

В 538304, кл.G 01 R 19/04, 06.06.74.

966889

У(Е/

Составитель Л.Беляева

Редактор Л.Веселовская Техред A.ÁàáèHeÍ, Корр р екто Н.Король

Заказ 7900/76 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.Óæãîðîä, ул .Проектная,4