Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О Л И С А Н И Е (ii) 69 34

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сацналнстическнх

Республнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.04.78 (21) 2608742(18-21 с присоединением заявки № 2610467 (23) Приоритет (51) M. Кл.

Н 03К 13/20

Государственный комитет

С С.СР (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень ¹ 37 (53) УДК 681.325 (088.8) по делам нзобретеннй

H открытнй (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Автор изобретения

В. И. Тимофеев

Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на подключении измеряемого напря>кения на вход интегратора на постоянное время, подключении опорного напряжения полярности, противоположной измеряемому, формировании временного интервала до момента достижения нулевого состояния на выходе интегратора, во время которого подсчитывают импульсы тактовой частоты; коррекция уходов характеристик преобразователя flo данному спосооу осуществляется циклическим подключением па вход интегратора на определенное время эталонного напряжения полярности измеряемого сигнала. Полученный прп этом «од сравнивается с эталонным кодом, соответствующим расчетному значению. В зависимости от результата сравнения подключают напряжение положительной или отрицательной полярности на вход интегрирующей цепи, напряжение с выхода которой постоянно поступает на вход интегратора и стремится уменьшить ошибку, а устроиство для осуществления способа содержит ключи, нуль-орган, логический блок, вентиль, счетчик, блок сравнения чисел, блок ключей, интегратор, источники преобразуемого, эталонного и опорного напряжений, источники положительного и отрицательного напряжений (1), Недостатками способа и устройства являются низкое быстродействие отработки ошибки с постоянной скоростью, равной единице младшего разряда за цикл преобразования, что обусловлено постоянной вр .менп интегрирующей цепи.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на подключении первого эталонного напряжения к преобразователю «напряжение — частота», формировании номинального времени измерения livтем подсчета импульсов эталонной частоты, равного номинальному значению множителя калибровки, с одновременным подсчетом импульсов частоты, пропорциональной первому эталонному напряжению за сформированное время, подключении второго эталонного напря>кения к преобразователю

«напряжение — частота», подсчете количества импульсов частоты, пропорциональной второму эталонному напряжению, до значе3,> нпя, равного разности номинального значе769734

05 ния, соответствующего максимальному входному напряжению и подсчитанного ранее количества импульсов, с одновременным подсчетом количества импульсов эталонной частоты, формированием нового значения множителя калибровки, сравнении значений полученного и номинального множителей калибровки, повторением вышеуказанных операций в случае, если результат сравнения больше заданного, формировании множителя смещения нуля путем подсчета импульсов частоты, пропорциональной первому эталонному напряжению за время измерения, равное времени подсчета количества импульсов эталонной частоты, равного значению множителя калибровки в случае, если результат сравнения меньше или равен заданному, последующем подключении измеряемого напряжения к преобразователю «напряжение — частота», о величине которого судят по разности количества импульсов частоты, пропорциональной измеряемому напряжению за время измерения и множителя смещения нуля, а устройство для его осуществления содержит источники измеряемого и двух эталонных напряжений, преобразователь «напряжение — частота», вход которого через аналоговые переключатели соединен с источниками напряжений, первые три выхода блока управления соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, первые входы первого, второго, третьего, четвертого элементов И соединены с четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока управления соответственно, а вторые соединены с выходом преобразователя «напряжение — частота», входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов И соответственно, и генератор эталонной частоты (2).

Недостатки способа и устройства — низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что при аналого-цифровом преобразовании способом, основанным 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, 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 из количества импульсов частоты, пропорциональной одному из эталонных напряжений за время измерения кода, номинальное значение этого

ЗО

50 эталонного напряжения, а устройство для реализации способа содержит преобразователь «напряжение — частота», вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных напряжений и измеряемого напряжения, первые три входа блока управления соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И 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 счетчиков соединены с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов И соответственно. Входы двоичного умножителя соединены с выходами первого суммирующего и второго реверсивного счетчиков, а выход соединен с входом второго суммирующего счетчика, выход которого соединен с входом блока управления, входы элемента ИЛИ соединены с четвертым и пятым выходами блока управления, первый вход пятого элемента И соединен с выходом генератора эталонной частоты, второй вход соединен с выходом элемента

ИЛИ, а выход соединен с входом первого суммирующего счетчика.

Структурная электрическая схема устройства для осуществления способа приведена на чертеже, Устройство содержит источники 1, 2 эталонных напряжений, источник 3 измеряемого напряжения U„, аналоговые переключатели 4, 5, б, преобразователь 7 «напряжение — частота», блок 8 управления, элементы И 9 — 13, элемент ИЛИ 14, генератор 15 эталонной частоты, реверсивные счетчики

1б, 17, суммирующие счетчики 18 и 19, двоичный умножитель 20. Злемент И 13, элемент ИЛИ 14, генератор 15, суммирующий счетчик 18, двоичный умножитель 20 образуют преобразователь «код — частота».

По команде «измерение», поступающей на блок 8, начинается процесс измерения, состоящий из двух тактов: калибровки и измерения. Такт калибровки разбит на три подтакта. На первом подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 4 подключает источник 1 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота Р,: ь: о1 + i+m где Ед — начальная частота преобразователя;

К; — крутизна преобразователя.

Частота r поступает через элемент И 12, на который подано разрешение с седьмого выхода блока 8, на время tl = t«»,с на суммирующий вход реверсивного счетчика

17, в котором за время 1 поступит количество импульсов iV>..

A, = t.n„. F, = t„„„(Foi+ К;U ).

На втором подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота Fz .

F, = Р„+К;У,.

Частота F2 поступает через элемент И 11, на который подано разрешение с шестого выхода блока 8, на время t2 = ti на вычитающий вход реверсивного счетчика 17, в который за время t2 поступит количество и м пул ьсов N . 2 tconstFa tconst (Foi +

После первых двух подтактов калибровки в реверсивном счетчике 17 будет запис а но количество импульсов Л,:

Ns — Nt э — К! (Um Uo)

На третьем подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота

F2, поступающая через элемент И 10, на который подано разрешение с пятого выхода блока 8, на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. На третьем подтакте калибровки разрешение с пятого выхода блока 8 через элемент ИЛИ 14 поступает также на вход элемента И 13, и импульсы с частотой F„c выхода генератора 15 поступают на вход суммирующего счетчика 18.

На потенциальные входы двоичного умножителя 20 поступают сигналы с выходов реверсивного счетчика 17, на импульсные входы двоичного умножителя 20 поступают сигналы с выходов суммирующего счетчика

18. На выходе двоичного умножителя 20 формируется частота F>.

F !!этЛ з з— 1

Л!, где;V3 — код в реверсивном счетчике 17:

Л4 — емкость реверсивного счетчика 17 и суммирующего счетчика 18.

Импульсы с частотой F, поступают на вход суммирующего счетчика 19 и заполняют его до значения Л 5, которое определено заранее. После заполнения суммирующего счетчика 19 соответствующий сигнал поступает на вход блока 8. На этом заканчивается время t3 = t, (âðåìÿ третьего подтакта):

Л з э ! 4 изм— ! з эт Va

За время tn„, на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 через элемент И 10, па который подано разрешение с пятого выхода блока 8, поступит количество имп)!JIbC0B Л .

N, =- /„,„, F, =- (F„+ К;У,). !эт з

769734

На втором такте — такте измерения— блок 8 через аналоговый переключатель 6 подключает источник 3 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется

5 частота F„:

F„= F„-+ К;У„.

Частота Рх поступает через элемент И 9, на который подано разрешение с четвертого выхода блока 8, на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, в который за время

14 = 1, (ВрЕМя t3 — — 1!!з„, фОрМИруЕтСя КаК На третьем подтакте калибровки) поступит количество импульсов Жх: у р: з (р Кц ) ! эт з

После такта измерения в реверсивном счетчике 16 будет записано количество имз! п jëьсоВ Л э

Л,„э=-N„— N,= " .К,(U„— U,)= ! эт Хз

f

25 Fsc tconst f

А = = const.

Лз Л4 эт tconst

Таким образом, на результат аналогоцифрового преобразования не влияют систематические погрешности преобразователя 7, погрешность «ухода нуля» (Fp;) и погрешность «изменения крутизны» (К;).

Устройство, обработав результаты измерения напряжений от источников 1, 2, формирует время измерения (1„,э, ) и начальную установку (iVo), которые компенсируют уход характеристик преобразователя 7 при

40 измерении измеряемого напряжения «нулевая частота» (Fp;) и «крутизна» (К;).

Формула изобретения

4- 1. 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, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия аналого-цифрового преобразования, время измерения формируют подсчетом импульсов частоты, пропорциональной коду разности количеств импульсов частот, пропорциональных первому и второму эталонным напряжениям, подсчнго таиных за эталонное время, а код начальной установки формируют, вычитая нз количества импульсов частоты, пропорциональной одному из эталонных напряжений за время измерения кода, номинальное зна65 ченне этого эталонного напряжения.

769734

Составитель А. Титов

Корректор М. Гаврилова

Редактор Б. Федотов

Техрсд И. Пенчко

Заказ 48/1 Изд. ¹ 504 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4,,5

Типография, »и. Сапунова. 2

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее преобразователь

«напряжение — частота», вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных напряжений и измеряемого напряжения, первые три входа блока управления соединены с управляющими входами аналоговых переключателей, первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И 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 счетчиков соединены с выходами первого и второго, третьего и четвертого элементов И соответственно, входы двоичного умножителя соединены с выходами первого суммирующего и второго реверсивного с1етчиков, а выход соединен с входом вто рого суммирующего счетчика, выход которого соединен с входом блока управления, входы элемента ИЛИ соединены с четвертым и пятым выходами блока управления, первый вход пятого элемента И соединен с выходом генератора эталонной частоты, 1р второй вход соединен с выходом элемента

ИЛИ, а выход соединен с входом первого суммирующего счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г5 1. Авторское свидетельство СССР № 415679, кл. G 06J 3/00, 1973.

2. Патент США№3633202, кл. 340-347AD, 1972 (прототип) .