Преобразователь напряжение-код

Преобразователь напряжение-код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) 474ЮЗ

Соаэ Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 07.02.72 (21) 1745189/26-9 с присоединением заявки № 1769348/26-9 (23) Приоритет—

Опубликовано 14.06.75, Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 15.10.75 (51) М. Кл. Н 03k 13/17

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УЛ 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

О, А. Юланов и А. П. Соколов (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «НАПРЧЖЕНИЕ-КОД»

7"пр — (2» 1) 1

/зад

Предлагаемое устройство относится к автоматике и может быть использовано в усгройствах ввода аналоговых данных в цифровые машины, в быстродействующих цифровы; .вольтметрах и т. п.

Кроме того, преобразователи обладают неста бильностью порогов срабатывания устройств сравнения, дрейф;порогов срабатывания при неправильном выборе числа разрядов может привести к непра вильной работе устройства сравнения.

Например, при сравнении старшего по

«весу» устройства сравнения может не сработать одно или несколько младших устройств сравнения, что нарушает логику работы такого п реобразователя. Отсюда следует, что число разрядов в таком преобразователе ограничено, т. е. никогда не превышает пяти 20 при двоичном выходном коде. Следовательно, круг пр именения такого преобразователя ограничен.

Преобразователи «напряжение-код», работающие по методу последовательного счета, имеют недостаток, заключающийся в большом времени преобразования. Макситмальное значение времени преобразования

7,р„„, в таком преобразователе составляет 30 где j„, — задающая частота, подсчет импульсов которой ведется .в течение времени преобразования Т,„р.

Преобразователь с поразрядным кодированием имеет недостаток, ооусловленный необходимостью опрашивать все разряды преобразователя, а так же тем, что компенсирующее эгалонное напряжение подбирастся методом проб. Помимо этого появляется динампчеакая погрешность при оцифровке переменных напряжений, т. е. код, сформированHblA в конце единичного цикла преобразова.ния изменяющегося напряжения, не соответствует этому напряжению в конце единичного цикла преобразования.

Так как сигналы на выходах датчиков информации в управляющих цифровых системах илп на входах цифровых вольтметроз обычно являются бппо IÿðHûìè, в преобразователях,«напряжение-код» обычно применяют специальные устройства, с помощью которых обеспечивается оцифровка разнополярных напряжений.

Очевидно, что применение тех плп иных методов, обеспечивающих оцифровку бппо474 03 лярных напряжений, в оольшей или меньшей степени зависи от схемы основной преобразующей части преобразователя. Однако можно оказать, тэ такие методы, как смещение характеристики преобразования или применение догголнительного инверто ра на входе, являются универсальными, т. е, такими, которые возможно применять в любой схеме преобразователя. В связи с этим в дальнейшем сравнение будет производиться с этими двумя схемными методами оцифровки биполярных напряжений, а так как предлагаемому преобразователю присущи свойства преобразователя считывания, то можно оценивать п редлагаемую схему оцифровки биполярных напряжений и Iio числу компараторов, используемых при этом.

Известен преобразователь «напряжениекод», содержащий линейный декодирующий преобразователь, набор вспомогательных эталонов, выполненных, например, в виде вспомогательного источника и взвешенного резистивного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, соединенные со вспомогательными эталонами, блок управления, триггер управления и регистр линейного дакодирующе. то преобразователя.

С целью повышения быстродействия и точности преобразования разнополярных напряжений в предлагаемый преобразователь введены коммутатор полярности вспомогательных эталонов, элемент задержки, логические схемы «И» в цепи сброса триггера улравления, логическая схема «И» в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме «И» в цепи сброса триггера управления, а через инвертор — ко второй схеме «И» в цепи сброса триггера управления, причем, первая схема

«И» в цепи сброса rpHrrepa управления подключена к прямому, а вторая — к инверсному выходам знакового разряда регистра, прямой выход которого .соединен с блоком управления, а инверснь|й выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему «И» в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эталонов.

Кроме. того, для снижения требований и стабильности нуль-органов и вспомогательных эталонов в преобразователь введен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и исTo IHiHKv измеряемого напряжения, а второй— и общей точке вспомогательных эталонов.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого преобразователя «напряжение-код»; на фиг.

2 — то же, с введекивм дополнительных узлов для оцифровки однополярных напряжений.

Выход линейного декодирующего преобразователя 1 подключен к нуль-органам 2 — 8, 5

25 зо

65 вторые входы которых, заискл, ючением фиксирующего нуль-органа 8, подключены через источники 9 — 14 вспомогательных эталонных нап ряже н ий к источнику измеряемого напряжения (выходу 15). Второй вход фиксирующего нуль-органа 8 подключен непосредственно к источнику измеряемого напряжения. Выходы нуль-органов 2 — 7 под ключены к блоку управления 1б регистра 17. Выход фиксирующего нуль-органа 8 подключен к одному из входов rpIHrz cpa управления 18, второй вход которого подключен к источнику импульсов запуска (входу 19).

Выход тр иггера управления 18 подключен к блоку управления 1б и к схеме «И» 20, которые подключены также к источнику импульсов тактовой частоты (выходу 21). Схема

«И» 20 соединена третьим входом с блоком управления lб. Значения источников 9 — 14 вспомогательных эталонов напряжений, распределенных в группы 22 — 24 внутри одной группы, отличаются на величину диокрета, соответствующего разрядам дан|ной группь, а

cooTHoIlIchHÿ значений эталонных вспомогательных напряжений между группами определяются основанием числовой системы, в которой ведется .код и рование.

С целью конкретизации число групп 22 — 24 выбирается раиным числу разрядов, т. е.

n=k; число разрядов выбирается равным

n— = 5, а число разрядов, определяемых каждой группой, равным m=1.

Линейный декодирующий преобразователь

1 (см. фиг. 2) своим выходом подключен к одноименным входам нуль-органов 2 — б, 8.

Вто рые входы нуль-органов 2 — б подключены к источникам 9 — 13 вспомогательных эталонов. Источник 15 измеряемого напряжения подключон к фиксирующему нуль-органу 8, к резистору 25 и коммутатору полярности 2б вспомогательного источника 27. Эталонные гспомогательные источники 9 — 13 формируются с помощью резистивногод,слитсля 28, который для случая m= 1 и n=k может быть выполнен, например, по схеме P — 2Л.

Блок управления 1б состоит из схем «И»

29 — 33, предназначенных для управления регистром 17 при оцифровке положительных напряжений и схем «И» 34 — 38, предназначенных для управления регистром 17 при оцифровке отрицательных напряжений. Выходы нуль-органов 2 — 8 через ипверторы 39 — 44 соединсны со входами схем «И» 20, 29 — 33, соотвстстгующих по «весу» разрядов регистра и со входами схем «И» 35 — 38, 45 ближайших младших разрядов. Кроме того, выходы нульорганов 2 — б, 8 соединены непосредственно со входами схем «И» 34 — 38, 45 и схем «И»

30 — 33, 20.

Триггер управления 18 подключен к источнику, импульсов запуска (входу 19) через элемент задержки 4б; второй вход триггера управления 18 подключен через схемы «И» 47, 48 к прямому и инверсному выходам знакового разряда регистра 17. Вход импульсов за474103

10

Зо

N = )(2 " — 1), 60

N = (2 " — 1)k, пуска (вход 19) подключен к схеме «И» 49 в цепи включения знакового разряда регистра

17. Второй вход схемы «И» 49 подключен к выходу и;.ль-onãàíà 8, выход фиксирующего нуль-органа 8 подключен непосредственно также к схеме «И» 47, а через инвертор 44— к схеме «И» 48.

Выходы знакового разряда регистра 17, управляющего полярностью напряжения на выходе линейного декодирующего преобразователя 1, подключены кроме блока управления 1б и схем «И» 20 и 45 к коммутатору полярности 2б вспомогательонго источника 27.

Устройство работает следующим образом.

До прихода запускающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 установлено нулевое напряжение. Таким образом, на входах нуль-органов 2 — 7 действует результ1и рующее напряжение, равное разности источника 15 измеряемого напряжения и вспомогательных источников 9 — 14 эталонных напряжений. До начала измерения на входах некоторых нуль-органов разность напряжений может стать отрицательной, что приводит к их срабатыванию. Сработавшие нуль-органы в дальнейшей работе участия не принимают.

Нуль-орган, на входе которого действует минимальная положительная разность напряжений, определяет ту группу разрядов преобразователя, которая опрошена в не рвом такте кодирования. После выхода юьпульса запуска на вход 19 триггер управления 18 переходит в возбужденное состояние и подает сигнал разрешения на блок управления 1б и схему

«И» 20. Импульс тактовой частоты (вход 21) поступает через блок управления 1б в те разряды регистра 17, суммарное «весовое» значение KQToipblx равно вспомогательному эта loну, включенному на входе нуль-органа с мини яальной для данного момента положительной разностью действующих на его входах напряжений. После записи этого импульса в указанные разряды регистра 17 на выходе лиьейного декодирующего преобразователя 1 гоявляется эталонное компенсирующее напряжение, величина которого равна указанному

<вспомогательному эталону.

После того, как эталонное компенсирующее напряжение сформировано, на входах ,всех нуль-органов данной группы действует отрицательная разность напряжений, вследствие чего все нуль-органы этой группы срабатывают и больше не опрашиваются. Перед началом следующего такта код ирования, аналогич но первому, выбирается нуль-орган, на выходе которого действует новая минималь ная положительная разность напряжений.

Этот нуль-орган определяет ту следующую группу разрядов преобразователя, которая о рашивается в следующем такте кодирова.ния.

В схеме с идеальными узлами процесс кодирования ведется до тех пор, пока не сработают нуль-органы сравнения 2 — 7. Дестабилизирующие факторы вызывают уход нулей нуль-органов или значений вспомогатсльHüê источников 9 — 14, что вынуждает предъявлять особые требования к стабильности этик источников, заключающиеся в том, что при всех возможных уходах вспомогательных эталонов величина этих уходов не должна быть больше соответствующего им компенсирующего эталонного напряжения.

Для полной компенсации этого дрейфа и согласования вспомогательных эталонов с эталонным компенсирующим напряжением в преобразователь введен фиксирующий нульорган 8, регистр выполнен в виде суммирующего счетчика, а блок управления 1б соединен со схемой «И» 20. Сигнал разрешения пз блока управления 1б на этом входе схемы

«И» 20 появляегся после срабатывания нульорганов 2 — 7. Затем импульсы тактовой частоты (вход 21) через схему «И» 20 поступают в младший разряд счетчиков — регистра 17 до тех пор, пока эталонное компенсирующее на пряжение с выхода линейного декодирующего преобразователя 1 не станет равным измеряемому напряжению, что приводит к срабатыванию фиксирующего нуль-органа 8, который переводит триггер управления 18 в исходное невозбужден ное состояние.

На этом единичный цикл преобразования заканчивается, и с выходом счетчика — регистра 17 может быть считан код, "îîòâåòñòâóþщий измеряемому напряжению.

Соединения вспомогательных эталонов, подключенных к нуль-органам, с одноименным полюсом источника измеряемого напряжения позволяет вести кодирование всегда с мак"имальной скоростью, опрашивая только те разряды преобразователя, значения кода в которых отличны OT нуля. При таком формировании кодов одновременно устраняются динамические погрешност1(, так как эталонное компенсирующее напряжение приближается к измеряемому напряжению со скоростью, прямо пропорциональной величине рассогласования, и всегда с одной стороны, а момент сравнения в точности соответ твует последнему.

При двоичном выходном коде число Bc!loмогательных эталонов и соединенных с ними нуль-органов определяется зависимостью где m — число разрядов преобразователя, опрашиваемое i группой; Й вЂ” число групп.

Если число разрядов, опрашиваемое каждой групчой, одно н то же, тогда зависимость упрощается

4741ОЗ

n.= P=m /г.

40

65. )1яп = — Ux + Uocn причем разрядность преобразователя з этом случае составляет:

Изменяя соотношения k и m, можно получить прсобдазователь напряжения в цифровой двоичный код с оптимальными для нашего случая аппаратурными затратами и нужным быстродейспвием. Однако при любых соотношениях k u m время преобразования всегда сстается меньше, чем в преооразозателе с поразрядным кодированием, имеющим такое же число разрядов, а в пределе

cTIpeiIl.тся к быстродействию преооразователя параллельного считывания.

Блок управления 16 и ретиcтp 17 имеет также знаковый разряд, или триггер знака.

K моменту прихода очередного запускающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, т. е. на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 установлено нулевое выходное напряжение. В этом случае состояние нуль-органов 2 †и 8 зависит как от уровня, так и от знака напряжения источника 15.

Если напряжение источника 15 положительно, то после прихода импульса запуска на вход 19 знаковый разряд в регистре 17 не включится, так как фиксирующий нульорган 8 находится в невозбуждецном состоянии и импульс запуска (вход 19) не проходит через схему «И» 49 на знаковый разряд регистра 17. При этом состоянии в блоке управления 16 сигналам и знакового разряда регистра 17 отключены схемы «И»

34 — 38 и 45. После за держки в элементе задержки 46 импульс запуска (вход 19) по.ступает на вход тригера управления 18, переводя его в возбужденное состояние. После этого подается с выхода триггера управления

18 разрешающий сигнал на все схемы «И», но подключенными остаются только схемы

«И» 29 — 33 и 20, так как только íà HHx по, дан разрешающий сигнал знакового разряда.

Дальше работа происходит точно также, как и в описанной ранее схеме.

Если измеряемое напряжение источника

15 отрицательное, то все нуль-органы 2 — б и

8 в исходном состоянии срабатывают, а после прихода импульса запуска через схему

«И» 49,включается знаковый разряд регистра 17, который отключает схемы «И» 29 — 33 и 20 и подключает схемы «И» 34 — 38 и 49.

По сигналу знакового раз ря дa п.0дтотавливаетгя также линейный декодирующий преобразователь I для формирования отрицательных напряжений, срабатывает коммутатор полярности 26 вспомогательного источника 27, в результате чего вспомогательные источники 9 — 13 изменяют свою полярность, TIlpH этом в зависимости от знака разности

1 часть нуль-органов возвращается з Hpвозбу>кденпое состояние, причем это зависит от

vpoHHH измеряемого на..ряжения истоHHHIIB

1э. Процегг преоовазования закB HB,LTBH тогда, когда в е нуль-органы 2 — 6 н 8::риходят в кевозбужденное состзян:ге.

Завершение преобразования †.ропсходит

-,îãäà, когда сигнал фиксирующего нуль-органа 8 через схемы «И» 47 или 48 (з зази Hмости от состояния знакового разряда;;сгистра 17) не устанавливает Tpиггер ".".pзз..ения 18 в исходное состояние. Погле этого считывается код с разрядов регистра 17.

Вспомогательные источники 9 — 13 и нуль0pl BHbI 2 — 6 CTBOH IbHbl. Од-IBKO OTBG:I;IbHGOT снихкается> если зелич11ка каж "0I о из Hc.>oмогательных источников 9 — 13 увелич;1заетгя на сумму максимального значения негтаопльногти любого из вспомогательных эталонов и дрейфа нуля соответствующего нуль-органа, НТо обеспечивается включением дополнительного резистора 25 между точкой;Ioдключения источника 15 измеряемого HBпряжения с вспомогательным источником 27 и общ11м входом резивтизного делителя 28. HOмпнал резистора 25 выбирается таким ооразом, что падение напряжения на нем равняется указанной сумме уходов, В этом случае неправильные срабатывания нуль-органов

2 — 6 исключается, а полное уразнозешкванпе пзмеряемогO напряжения источника 15 обеспечивается благодаря тому, что регистр 17 выполняется в виде счетчика, его заполнение до момента полного уравновешивания осуществляется в зависимости от знака напряже,ия источника 15 через схему «И» 20 или

45.

Предмет изобретения

1. Преобразователь «напряжение-код», содержащий линейный декодпрующий преобразозатслb, набор вспомогательных эталонов, выпо1кен кых, например, в виде вспомогательного источника и вззешекког0 резигтизного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, соединенные со вспомогательными эталонами, блок управления, триггер управлеH.IH и регистр линейного декодпрующего преобразователя, пр ичем выход линейного декодирующего преобразователя подключен ко входам нуль-органов, ко вторым входам которых подключены вспомогательные эталоны, олок у-lpaa.1å HIIÿ подключен к регистру линейного декодирующего преобразователя (ЛДП), вход которого через схему «И» соединен с выходом триггера управления, а входы триггера управления соединены с запуском и выходом фиксирующего нуль-органа, отличаюцийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точноoT преобразования разнополярных напряжений, в него введены коммутатор полярности вспомогательных эталонов, элемснт задержки, 4?4103

10 логические схемы «И» в цепи сброса триггера управления, логическая схема «И» в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме «И» в цепи сброса триггера управления, а через инвертор — ко второй схеме «И» в цепи сброса триггера управления, причем первая схема

«И» в цепи сброса триггера управления подключена к прямому, а вторая к инверсному выходам знакового разряда регистра, прямой выход которого соединен с блоком управления, а инверсный выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему «И» в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эта5 IoHOB.

2. Преобразователь «напряжение-код» по пункту 1, отличающийся тем, что, с целью снижения требований к стабильности нуль-ор10 ганов и вспомогательных эталонов, в него введен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и источнику измеряемого напряжения, а второй — к общей точке вспомогательных

15 эталонов.

Редактор Т. Янова

Составитель О. Юланов

Техред 3. Тараненко

Корректор И. Симкина

Заказ 749/1181 Изд. М 1529 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»