Многоотсчетный цифровой вольтметр время-импульсного преобразования

Многоотсчетный цифровой вольтметр время-импульсного преобразования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ (748856 йЗОЬРЕтЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Рес лублик.*

«/1 --.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к.авт. свид-ву

< (22) Заявлено 29.06,78(21) 2634857/18-21 (5! )М. Кл.

Н 03 К 13/00 с присоединением заявки ¹ 2635807/18-21 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР

Опубликовано 15 07.80 Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 18.07.80 по делам изобретений н открытий (53) УЛК 681.325 (088.8) А. И. Борохович, И. P. Добровинский и В. А. Иванов (72) А вторы — изобретения

Пензенский политехнический институт (7!) Заявитель (54) МНОГООТСЧЕТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительной технике, автоматике и вычислительной технике, Известный цифровой вольтметр время5 импульсного преобразования, содержащий элемент сравнения пилообразного V и измеряемого V< напряжений, триггер, генератор пилообразного напряжения, ключ, генератор эталонной частоты и счетчик импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к одному из входов элемента сравнения, измеряемое напряжение подключено ко второму входу элемента сравнения, выход последнего через триггер соединен со входом ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выход ключа соединен со входом счетчика импульсов. Интервал щ времени между пусковым импульсом, вырабатываемым при запуске генератора пилообразного напряжения и стоп-импульсом, вырабатываемым элементом сравнения в момент .равенства V и V „ фиксируется триггером. Интервал пропорционален величине измеряемого напряжения Чх и при заполнении его импульсами эталонной частоты получается цифровой эквивалент, пропорциональный йапряжению V 111 .

Основной недостаток вольтметра— низкое быстродействие, так как в нем осуществляется последовательный счет импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, является многоотсчетный цифровой вольтметр времяимпульсного преобразования, содержащий генератор эталонной частоты, генератор пилообразного напряжения с ключами по числу разрядов отсчета, элементы И на три входа, счетчики импульсов, блок цифрового отсчета, элемент сравнения и блок выделения разности, входы которого подключены к источнику измеряемого напряжения и к выходу генератора пилообразного напряжения, а выход через

3 7488 элемент сравнения, другой вход которого соединен с обшей шиной, и триг гер подключен к первйм входам элемейтов И на три входа," а выходы элемен-, .тов И подключены к счетчикам импульсов и блоку цифрового отсчета. К йрибору уравйовешивающего преобразования предъявляются жесткие требования z стабильности компенсирующего напря жения, так как погрешность зада- 10 ния компенсирующего напряжения Vg есть погрешность измерения. Кроме того, суммирование пилообразного и компенсирующего напряжений приводит к необходимости подключения источника пилооб- 15 разного напряжения к обшей шине через

"" источник компенсирующего напряжения (2) .

Недостаток этого вольтметра — большая сложность конструкции, низкая помехозащищенность. 20

Цель изобретения» повышение помехозашишенности.

Она достигается тем, что в многоотсчетный цифровой вольтметр время-импульсного преобразования, содержащий гене-. ратор пилообразного напряжения с ключами по числу разрядов отсчета, генератор эталонной частоты, элементы И на три входа, счетчики импульсов, блок цифрового отсчета, элемент сравнения и блок выделения разности, входы которого подключены к источнику измеряемого напряжения и к выходу генератора пилообразного напряжения, а выход — через элемент сравнения, другой вход которого соединен с обшей шиной, и триггер подключен к первым входам элементов И на три входа, а выходы элементов И подключены х счетчикам импульсов и блоку цифрового отсчета введены эле- 40 мент задержки, элементы И на два входа, пороговые элементы, число которых на единицу меньше количества разрядов отсчета, логический блок и по"два триггера на каждый пороговый элемент, . 45 причем вторые входы элементов И на .

" три вхбда подключены через элемент

И на два входа к инверсному выходу элемента задержки и к выходу генератора эталонной частоты, соединенных с шиной 50 стартовйх импульсов., при этом входы

ItbpoFobbIx элементов параллельно подсоединены к выходу блока выделения разности, а выходы через логический блок подключены ко входам соответствующих

1 пар триггеров, нулевой выход первого триггера первой пары подключен через ! логический блок к триггерам последую4

4 ! щего разряда, его единичный выход подсоединен к третьему входу соответствующего элемента И на три входа, а выходы вторых триггеров всех пар, вход сброса которых подключен к выходу первого элемента И на два входа, подсоединены к входам сброса первых триггеров соответствующей пары третий вход

) элемента И на три входа младшего разряда подключен к выходу логического блока. и к нулевому выходу первого триггера предпоследнего разряда через элемент И на два входа, а третьи входы элементов И на три входа соединены со входами ключей.

На фиг. 1 представлена блок схема предложенного многоотсчетного (здесьтрехотсчетного) вольтметра время- импульсного преобразования; на фиг. 2— схема логического блока.

Устройство содержит блок 1 выделения разности измеренного Vy и пилообразного \/, напряжений, элемент 2 сравнения, сравнивающий ЬV; VII-V„, с нулевым уровнем и срабатывающий при V)l = Y)l"- О, триггер 3, генератор 4 пилообразного напряжения (ГПН), ключи 5, 6, 7 по количеству разрядов от чета, пороговые элементы 8, 9, логический блок 10, осуществляющий выборку старшего иэ сработавших пороговых элементов, генератор 11 эталонной частоты, элемент 12 задержки, элементы 13, 14 И йа два входа, триггеры 15, 16, 17, 18, элементы 19, 20, 21 И на три входа, счетчики 22, 2-3, 24 импульсов сотен, десятков и единиц и блок 25 цифрового отсчета.

Причем входы блока 1 выделения разности подключены к источнику измеряемого напряжения и к выходу генератора

4 пигообразного напряжения, ко входу которого подсоединены ключи 5, 6, 7 по числу разрядов отсчета. Выход блока 1 выделения разности подключен через элемент 2 сравнения и триггер 3 к первым входам элементов 19, 20, 21 И

) а выходы этих элементов И подключены к счетчикам 22, 23, 24 импульсов, последовательно соединенных между собой и подключенных и блоху 25 цифрового отсчета. Вторые входы элементов 19, 20, 21 И подсоединены через элемент

13 И к выходам элемента 12 задержки и генератора эталонной частоты, синхронизированных пусковым импульсом. Кроме с того, выходы каждого иэ пороговых элементов 8,9, входы которых подсоедине748856

Работает вольтметр следующим образом.

Пусть измеряемое напряжение Ч <

476 у.е. При включении прибора срабатывают оба пороговых элемента 8 и 9.

Однако на выходе логического блока 10 будет сигнал только от старшего порогового элемента 8, Он откроет ключ 5, в соответствии с чем генератор пилооб-. разного напряжения будет вырабатывать напряжение с максимальным наклоном.

Одновременно сигнал с выхода старшего из сработавших пороговых элементов 8 через логический блок 10 взводит триггеры 15 и 16, так как V -Q>)150 у.е.

По сигналу "Измерение" вырабатывается пусковой импульс, который синхронизирует

so

55 ны к выходу узла блока 1 выделения разности, через логический блок 10 подключены параллельно ко входам соответствующих пар триггеров 15, 16 и

17, 18. Нулевой выход триггера 16 подключен через логический блок 10 к триггерам 17, 18 последующего разряда отсчета, а его единичный выход подсоединен к третьему входу элемента 19 И.

Выходы триггеров 15 и 17, входы сбро- 10 са которых подключены через элемент

13 И к выходу генератора 11 эталонной частоты подсоединены соответственно к входам сброса триггеров 16 и 18.

Третьи входы элементов 19, 20 И сое!

5 динены со входами ключей 5, 6, а вход ключа 7 подсоединен к третьему входу элемента 21 И на три входа и к выходу элемента 14 И на два,входа второй вход которого подключен к нулевому выходу триггера 18 предпоследнего разряда.

Работа прибора основана на изменении наклона генератора пилообразного напряжения в соответствии со счетом. сотен, десятков и единиц счетчиками импульсов.

Переключение наклона генератора 4 пилообразного напряжения осуществляется ключами 5, 6, 7, воздействующими на времязадающую цепь генератора 4 и изменяющими ее: постоянную времени,;.

В предлагаемом устройстве требования к стабильности напряжений пороговых элементов 8 и 9 снижены. Это достигается за счет повышения уровня порогов настройки. Пороговый элемент 8 настроен З5 на 150 условных единиц (у.е.), à элемент 9 на 15 у,е. и уровни их срабатывания могут изменяться соответственно в пределах + 50 и t 5 у.е. Это не приведет к ошибке в измерении. начало работы генератора 4 пилообразного напряжения, триггера 3 выделения ин- тервала времени, пропорционального длине кода поразрядного измерения напряжения V<,и генератора 1 1 эталонной частотй. Такая синхронизация для вольтметров с поразрядной разверткой пилообразного напряжения необходима в отличие от вольтметра время-импльсного преобразования с подсчетом единичных приращений, так как здесь погрешность в единицу дискретности при отсчете старшего разряда равна ста дискретностям младшего разряда. При синхронизации работы генератора 11 необходимо, чтобы первый импульс не прошел на входы счетчиков 22-24 импульсов. Для этого введен элемент 12 задержки типа одновибратора с временем задержки больше длительности импульса генератора

l1 эталонной частоты. На нулевом выходе элемента 12 задержки появляется. сигнал, запрещающий прохождение первого импульса генератора 11 через элемент 13 И. Остальные импульсы будут проходить через элемент 13 И на счетчики. Таким образом, сигнал с выхода триггера 3 поступит на элементы

19, 20, 21 И.

Однако откроется только элемент 19 И

1 так как только на его третьем входе будет единичный сигнал с триггера 16 и импульсы с генератора ll эталонной частоты поступают на счетчик 22 сотен. При достижении пилообразным напряжением уровня Ч„= 476-150-326 у.е. пороговый элемент 8 отпустит (когда

VX -y< 150 у.е). Триггер 15 сбрасыи вается в 0 тактовым импульсом генератора 11 эталонной частоты. После этого триггер 15 сброс т триггер 16 и позволит пройти еще одному (четвертому) импульсу через элемент 19 И на счетчик 22, а затем запретит их прохождение. После прихода четвертого импульса в счетчик 2 сотен срабатывает триггер 18 и элемент 20 И, сигнал с выхода которого воздействует на ключ 6, уменьшит наклон пилообразного напряжения в 10 раз и пропустит импульсы на счетчик 23 десятков. Импульсы генератора 11 начнут поступать на счетчик 23 десятков. Разность Ч -V после отсчета первого разряда будет 476-400=76у.е .

Остаток 76 у.е. подсчитывается счетчиком десятков. При величине пилообразного напряжения 76-15-61 у.е. пороговый элемент 9 отпускает, изводится триггер

748856 неоптимальным (с" переносом из младшего разряда в старший) способами. Аналогично происходит отсчет третьего разряда. Произойдет последнее изменение наклона напряжения ГПИ и подсчет единиц. Выборка старшего иэ сработавших пороговых элементов осуществляется с помощью логического блока 10.

Логические блоки широко используют1О ся в цифровых вольтметрах параллельнопоследовательного уравновешивания. Блок представлен (см. фиг.2) вместе с пороговыми элементами 8 и 9 и триггерамч

15, 16, 17 и 18. Он состоит иэ эле15 ментов 26, 27 НЕ и элементов 28, 29И.

Если V> — y>7150 у.е., то срабатывают оба пороговых элемента 8 и 9, но, сигнал 1" будет только на выходе элемента 8. Он взведет триггеры 15 и 16.

2О Когда /Х -Ч„станет меньше 150 у.е. и элемент 8 отпустит старшим станет .1 пороговый элемент 9. Однако сброс триггера 15 произойдет только по приходу следующего тактового импульса генерато25 ра эталонной частоты, Тогда же произойдет взведение триггеров 17 и 18, и соответственно, излом пилообразного напряжения и подсчет импульсов десятков, ;так как нулевой выход триггера 16 сое® динен с третьим входом элемейта 19 И.

Возможно использование в цифровом вольтметре и других аналогичных блоков, но это приводит к большему объему и неоднородности элементов сопряжения

M с вольтметром.

Предложенный цифровой вольтметр по сравнению с вольтметрами времяимпульсного преобразования без изменения Kp HGHbf ГПН имеет B „, раз, -1ОР где p — количество разрядов отсчета прибора, большее быстродействие (такпри р -3 в 33 раза, при p=4 в

250 раэ), обладает более простой схемной реализацией за счет использования пороговых элементов с низкими требованиями к их стабильности. Точность предложенного вольтметра выше, чем у известного, так как в последнем отсутствует синхронизация первого ммнульса гене @ pampa эталонной частоты.

17, который затем сбрасывается тактовым импульсом и сбрасывает триггер 18.

Однако седьмой импульс успевает пройти через элемент 20 И на счетчик 23 десятков. Образуется остаток Vy, -ф476-470=6 у.е. Наконец, генератор пило— образного напряжения цо сигналу логического блоха 10 еще раз изменит наклон напряжения (сработает ключ 7) и через открытый элемент 21 И начнут поступать импульсы единиц цифрового эквивалента на счетчик 24. На шестом импульсе наступает равенство Vx -V

=476 у.е., срабатывает элемент 2 сравнения, который закрывает элемент 21 И.

Цифровой, эквивалент Vy =476 у.е., хранимый в счетчиках 22, 23, 24, соответствует значению измеряемой величины ,1/х и регистрируется блоком 25 цифрового отсчета.

Измерение напряжения, например, 426 у.е. будет происходить другим спо собом. Поступят два импульса в счетчик сотен, и при достижении пилообразным напряжением величины V =426-150=

=276 у.е. пороговый элемент 8 отпус тит. Однако после этого Hà счетч п 22 сотен успеет пройти третий импульс.

Излом пилообразного напряжения прои зойдет на уровне 300 у.е. Т.е. отсчет остатка 1/< — V =426-300=126 у.е. будет пройсходить не сотнями, а десят хами эа двенадцать тактов работы генератора эталонной частоты.

Ь

Таким образом, если измеряемое напряжение имеет значение больше половины дискретности отсчитываемого рсзряда .то отсчет последующего разряда происходит эа число тактов меньше десяти; при значении измеряемого напряжения меньше половины дискретности отсчитываемого разряда, оценка значения после- дующего разряда происходит за число тактов большем десяти. Поэтому для обеспечения возможности переноса десяти импульсов младшего разряда в старший в устройство введены связи переноса из счетчика единиц в счетчик десятков и т.д. Это позволяет резко уменьшить требование к стабильности пороговых элементов. Требование к стабильности порогового элемента 8 составляет + 50 у-. е.

Ск ешение во времени или от температ ры уровня срабатывания в пределах 150+

+ 50 у.е. не приведет к понижению точно- Ы сти измерения, изменится лишь соотношение общего количества измерений производимых оптимальным (беэ переноса) и

Формула изобретения

Многоотсч етний цифровой вольтметр время-импульсного преобразования „содержащий генератор пилообразного напряжения, с ключами по числу разрядов

748856

10 гическнй блок подключены ко входам соответствующих пар триггеров, нулевой выход первого триггера первой пары подключен через логический блок к триггерам последующего разряда, его единичный выход подсоединен к третьему входу соответствующего элемента И на три входа, а выходы вторых триггеров всех пар, вход сброса которых подключен к выхо10 ду первого элемента И на два входа, а, подсоединены к входам сброса первых триггеров соответствующей пары, третий вход элемента И на три входа младшего разряда подключен к выходу логического блока и к нулевому выходу первого триггера предпоследнего разряда через зле лент И на два входа, а

1 третьи входьг элементов И на три входа соединены со входами ключей ж - 20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. В.Ш. .М., 1973, с. 168-169. отсчета, генератор эталонной частоты, элементы И на три входа, счетчики импульсов, блок цифрового отсчета, элемент сравнения и блок выделения разности, входы которого подключены к .источнику измеряемого напряжения и к выходу генератора пилообразного напряжения, а выход — через элемент сравнения, другой вход которого соединен с общей шиной, и триггер подключен к первьм входам элементов И на три вход а выходы элементов И подключены к счетчикам импульсов и блоку цифрового . отсчета, отличающийся тем, то с целью повышения помехозащищенности, в него введены элемент задержки элементы И на два входа, пороговые элементы, число которых на едйницу меньше количества разрядов отсчета, ло гический блок и по два триггера на ка дый пороговый элемент, причем вторые входы элементов И на три входа подклю чены через элемент И на два входа к инверсному выходу элемента задержки и к выходу генератора эталонной частоты, соединенных с шиной стартовых импульсов, при этом входы цо1 оговых,элементов подсоединены параллельно к выходу блока ,выделения разности,. а выходы через ло25

2. Полупроводниковые кодирующие н декодирующие преобразователи. Под ред., Смалова Е . В., "Энергия", 1967, с.145150 (прототип).

748856

Составитель Г. Шаповал

Редактор М. Келемеш Техред М. Петко Корректор М. Коста лакее 4384/22 spam 996 . Подписное

UHHHIIH Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4