Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код-напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика , а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом автоматического переключателя пределов,первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения полярности и формирователя периода преобразования , выход которого соединен с первым.входом управляемого делителячастоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика , первый выход - с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выводом блока сравнения, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения функцион;альных возможностей преобразователя и повышения его быст- (Л родёйствия, введен накопительный сумматорj первый, вход которого соединен с входами счэтчика и формирователя периода преобразования, второй вход - с первым выходом развер- 2 тывающего счетчика.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(И) Н 03 К 13 .20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3349187/18-21 ! (22) 16.10.81 (46) 15.12.83 Бюл. В 46 ,(72) Г.Д. Толстых, С.E. Павлов, М.И. Дубровский и Н.Я.Дмитриева (53) 681,325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 349101, кл. Н 03 К 13/20, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 660244,кл. Н 03 К. 13/20, 1976 (прототип). (54)(57) AHAJIOFO-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код-напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход — с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной,, а второй вход — с первым выходом ..SU„„1061260 А анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения поляр- ности и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя.частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход †. с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход — с входом разверты. вающего счетчика, второй выход — с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей е преобразователя и повышения его быст родействия, введен накопительный сумматор, первый вход которого соединен с входами счетчика и формирователя периода преобразоваиия, второй вход — с первым выходом развер- Я тывающего счетчика.

1061260

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматике и контрольно-измерительной технике для преобразования в цифровой код средневыпрямленного, квадратичного переменного напряжения и постоянного напряжения с наложенной на него периодической помехой.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код — напряжение, управляющий код которого соединен с управляющим выходом развертывающего счет- 35 чика, а выход соединен с первым входом блока, генератор тактовых импульсов, счетчик выходного кода, вход которого соединен с выходом элемента и t1). 20

Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не обеспечивает измерения среднеквадратичного значе- ния переменного напряжения, а также малое быстродействие.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения,выходы которых соединены с входами пре-З0 образователя код — напряжение, управ-, ляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход — c первым входом блока сравнения, второй вход «оторого соединен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход — с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами 40 блока определения полярности и фор.мирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, второй вход которого соединен с вы- 45 ходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анали- 50 затора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока срав- нения Г2 3.

Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет одно55 временно измерять средневыпрямленное и среднеквадратичное значение переменного напряжения, а также. недостаточное быстродействие. 60

Цель изобретения - расширение функциональных возможносФей преобразователя и повышение его быстродействия. укаэанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобраэова тель, содержащий счетчик, два источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код — напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход — с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которого соединен соответственно с входами блока определения полярности и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход — с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход — с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, введен накопительный сумматор, первый вход которого соединен с входами счетчика и формирователя периода преобразования, второй входс первым выходом развертывающего счетчика.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — приведены временные диаграммы его работы.

Аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 сравнения, преобразователь 2 код — напряжение, источники 3 эталонного напряжения, развертывающий счетчик 4, генератор 5, тактовых импульсов, счетчик б, автоматический переключатель 7 .пределов, анализатор 8, формирователь 9 периода преобразования, управляемый делитель 10 частоты, блок 11 определения полярности, накопительный сумматор 12.

На фиг. 2 обозначены стробирующие импульсы 13, сравнение напряжений входного Ug и опорного U- 14, импульсы 15 на первом выходе блока

1, дополнительные стробирующие импульсы 16 в анализаторе 8, импульсы

17 на первом выходе анализатора 8, импульсы 18 на втором выходе блока

1, дополнительные стробирующие импульсы 19 в анализаторе 8, импульсы

20 на втором выходе анализатора 8, импульсы 21.после суммирования.

В устройстве для получения интегральных характеристик входного сигнала Нх(Ф) определяется интервал интегрирования Т, величина самого интеграла. Операция деления интегра1061260 ла на Т может быть выполнена внешним арифметическим устройством.

Устройство построено по методу цифрового интегрирования, суть которого состоит в формировании опорного напряжения У,дособого вида - квазислучайная функция с равномерным расположением значений в интервале от

+Е до -Еп-(форма U „ приведеНа на фиг. 2}. Периодичность смены значений Uo определяется частотой сле- 10 дованйя импульсов генератора 5, а м мгновенные значения Uo — положением разрядов счетчика 4 в данный момент, Формируется Б„„ с помощью преобразователя 2. 15

В результате сравнения измеряемого напряжения U„ o o opH a блоке

1 происходит квантование измеряемого напряжения. Подсчет числа превышений измеряемого напряжения над orIop- 0 ным N дает значение интеграла измеряемого напряжения в виде цифрового кода.

С момента начала преобразования импульсы тактовой частоты с генератора 5 через управляемый делитель

10, коэффициент деления которого в начальный момент равен единице, поступает на развертывающий счетчик

4. Младшие разряды развертывающего счетчика 4 соединены со старшими весовыми резисторами матрицы H-28 преобразователя 2. Такое подключение обеспечивает формирование опорного напряжения U „с равномерным расположением значений. Преобразуе- Зэ мое напряжение U(t) через автоматический переключатель 7, включенный с коэффициентом деления K>, = 8, поступает на вход блока 1. На второй вход блока 1 с пРеобразователи 2 40 поступает опорное напряжение.

Сравнение напряжений Ug и U поступающих на входы блока 3, происходит в момент действия коротких стробирующих импульсов 13. На первом 44 выходе блока 1 на время действия стробов формируются импульсы 15 при

> Uî ï,Hà втором выходе - импульсы

18 при U )U B анализаторе 8 происходит дополнительное стробирова-. ние импульсами 16 и 19, в результате чего на первом выходе анализато ра 8 формируются импульсы 17И+, иа втором выходе - импульсы 20N. Импульсы 21(и) получаются суммированием импульсов N+ и N„ . Таким образом, по форме имйульсы н, К и (д) не отличаются друг от друга, поступают каждый по своему каналу

С выхода анализатора 8 импульсы по соответствующим каналам поступают 60 одновременно на входи накопитель-, ного сумматора 12 и счетчика 6. При преобразовании постоянного напряжения с наложенной на него помехой (преобразование среднего значения) на вход счетчика 6 поступают импульсы N при положительном напряжении и импульсы N — при отрицательном. В случае, когда уровень периодической помехи превышает среднее значение постоянного напряжения„ на вход счетчика 6, работающего в режиме реверса, поступают импульсы

N+ и N . В зависимости от количественного соотношения импульсов N< и

N блок 11 выдает информацию о знаке преобразуемого постоянного напряжения в двоичном коде. При преобразовании средневыпрямпенного значения переменного напряжения на вход счетчика 6, работающего в режиме суммирования, поступают импульсы модуля (N). Одновременно для получения среднеквадратичного значения переменного напряжения импульсы модуля подаются на вход накопительного сумматора 12, на другой вход которого подается. параллельный двоичный код с управляющего выхода развертывающего счетчика 4. С выхода счетчика 6 и накопительного сумматора 12 информация в виде параллельного двоичного кода снимается по команде с внешнего управляющего устройства. Значения кодов определяют величины интегралов И и N< за интервал интегрирования T. Значение интервала интегрирования в виде параллельного двоичного кода снимается с выхода развертывающего счетчика 4.

Величина н-, характеризующая интервал интегрйрования Т, равна общему количеству тактовых импульсов за период преобразования, которые подсчитываются развертывающим счетчиком 4. Период преобразования формируется формирователем 9 в зависимости от вида преобразуемого напряжения.

Для этого на формирователь 9 поступают импульсы N+,N для формирования периода преобразования переменных напряжений частоты F C 50 Гц, где с помощью этих импульсов формируется момент перехода через нуль с минуса на плюс. синусоидального напряжения.

Работу блока 11 лучше проследить на примере преобразования постоянного напряжения низкого уровня с помехой, пересекающей нулевой уровень.

При этом на счетчик 6 (первые разряды которого реверсивные) посту- пают то импульсы Ny, то И . Импульсы Б+ устанавливают триггер блока

11 н положение, соответствующее полярности "+", и одновременно поступают на шину сложения реверсивного счетчика, который производит их сложение. Поступающие затем на шину вычитания счетчика импульсы N начинают вычитаться на имеющейся уже

1061260 в счетчике 6 суммы импульсов N+.Åñëè количество N < N, то к моменту прихода новых импульсов N+ в счетчике еще записано число, и которому импульсы N+ начинают снова добавляться. Если Н, > N+, то при N = N+ все ранее сложенные импульсы вычитаются и импульсы N» устанавливаюттриггер блока 11 в положение, соответствующее полярности "-", и импульсы N - идут на шину положения ревер- 10 сивного счетчика, который работает в режиме сложения импульсов N . Подобные процессы продолжаются до конца преобразования, В каком из положений указатель полярности оказы- 15 вается в конце преобразования, та информация и выдается с блока 11, т.е. информация выдается в двоичном коде в зависимости от состояния триггера — указателя полярности.

Возведение в квадрат, т.е. полу.чение значения Ц „,осуществляет-, I ся с помощью накопительного сумматора 12, который реализует выражение К= 25

Б = ) (2i+1) . К к Ьо

Накопительный сумматор может быть выполнен на интегральных компрепо-. вадниковых микросхемах серии 130, 144, 136 согласно 0СТ 11.340.902-78.

Йакопительный сумматор 12 работа. ет следующим образом.

Перед началом суммирования регистры памяти накопительного сумматора З5

12 и развертывающего счетчика 4 уста. навливаются в исходное нулевое положение. Младшие разряды разврртывающего счетчика 4 подключаются к входам старших разрядов накопитель- 40 ного сумматора 12.

Вход младшего разряда накопительного сумматора 12 подключен к источнику +5 В, т.е. на его входе присутствует постоянная логическая "1" и 45 при каждом сложении кодов происходит прибавление единицы. К следующим входам наИэпительного сумматора, начиная с второго, подключены выходы разрядов развертывающего счетчика 4.

В накопительном сумматоре 12 тем самым осуществляется удвоение значе-. ний кодов.

Каждый квант развертки, которому ,соответствует определенное значение

Ъ „ зафиксирован в развертывающем счетчике 4 в двоичном коде. Коды поступают на первые вхоДы накопительного сумматора 12, складываются с кодами его вторых входов и сумма переписывается в регистр памяти при наличии импульсов N или N т.е. когда значение Ир„ < И „. Запи;санная в регистре сумма является слагаемым для последуюшего прибавляемого числа (кода).

Импульсы переноса с выхода накопительного сумматора 12 поступают в счетчик 6 для их подсчета.

Лвтоматический переключаТель 7 содержит частотно-компенсированные делители. Устройство имеет три предела преобразования с коэффициентами делителя К, = 1,8,40. Переключение пределов производится автоматически в автоматическом переключателе 7.

Преимуществом данного устройства с накопительным сумматором по сравнению с известным является существенное расширение частотного диапазона в режиме измерения среднеквадратичного значения. Это происходит вследствие того, что накопительный сумматор обрабатывает (возводит в квадрат) импульсы превькрения с блока сравнения в параллельной форме, с частотой прихода этих импульсов.

Кроме того, введение накопительного .сумматора позволяет одновременно осуществлять режим измерения среднего и среднеквадратичного значения, что было невозможно в прототипе.

1061260

Составитель A. Титов . Редактор .Л. Алексеенко ТехредО.Йеце: Корректор А. Тяско

° айве ФЬ М ««««

Заказ 10058/57 Тирам 936 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеный и .открытий

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

Филиал IImI "Патент", ri Уигород, ул. Проектная, 4