Устройство для ввода информации от аналогового датчика в вычислительную машину

Устройство для ввода информации от аналогового датчика в вычислительную машину

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<щ 86ОО47 ф к

/ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Эаявлено041079 (21) 2824530/18-24 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 3008Â1. Ьюллетеиь Н9

Дата опубликования описания 30D 581 (51)М. Кл з

G 06 Г 3/04

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 325 (088.8) В.M.ÔðoëoB, А.Б.Андреев, А.И.Федонин и М.ПеШадрин

1

l (72) Авторы изобретения

Пензенский филиал Всесоюзного научно-ис .ледовватЕльского технологического института приборостроения (71) Заявитель (5 4 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ ОТ АНАЛОГОВОГО

ДАТЧИКА В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ МАШИНУ

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в различных системах для ввода информации в ЭВМ от аналоговых дат5 чиков

Известны устройства для сопряжения вычислительной машины с аналоговыми датчиками, содержащие узлы запуска преобразователя, включающие источник образцового напряжения, масштабирующий усилитель и реле времени, кымпараторы, генераторы этаЛонных напряжений, формирователи импульсов, шифратор номера датчика, узел согласования, коммутаторы выходной регистр и счетчик времеви(1).

Недостатки этих устройств состоят в больших аппаратурных затратах и низком быстродействии.

Наиболее близ ким к предлагаемому по технической сущности является устройство для ввода информации от аналогового датчика, содержащее четыре элемента коммутации и выходной преобразователь "Время-код", управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам узла синхронизации, первьм входом соединенного с вы-. ходом генератора тактовых импульсов, информационные входы первых трех эле- ЗО ментов коммутации соединены соответственно со входом-устройства, выходом источника образцового напряжения и нулевой шиной, а выходы — через соответствующие ограничительные резисторы с инвертирующим входом первого операционного усилителя и через интегрирующий конденсатор с ннвертнрующим входом второго операционного усилителя и выходом первого операционного усилителя, прямыч входом подключенного через запоминающий конденсатор к нулевой шине, а через четвертый элемент коммутации — к втррому входу узла синхронизации и выходу втррого oneðàöìoìíoão усилителя, прямым входом соединенного с нулевой шиной.

Формируемый иа выходе преобразователя "Время-код" код пропорционален величине входного напряжения f21.

Недостатками данного устройства являются низкая точность, обусловленная наличием коммутирующих элементов в цепях входного иобразцового напряжений и общей нулевой шины, а также низкое быстродействие, определяемое наличием второго такта преобразованияе

Цель изобретения — повьхаение точности и быстродействия устройства.

860047 ()х 1з2Ю Uo

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее источник образцового напряжения, два ограничительных резистора, первый и второй элементы коммутации, подключенные управляющими входами к первому выходу узла синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом третьего элемента коммутации, третий выход — через узел преобразования временных интервалов в код с выходом устройства, а первый вход с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход — через третий элемент коммутации с прямым входом первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен 35 через первый интегрирующий конденсатор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, прямыч входом и выходом подключенного соответственно к нулевой шине и второму щ входу узла синхронизации, а инвертирующим входом — к выходу первого операционного усилителя, прямой вход которого соединен через первый запоминающий конденсатор с прямым входом второго операционного усилителя, введены вторые интегрирующий и запоминающий конденсаторы и третий и четвертый операционные усилители, причем выход источника образцового напряжения через первый ограничитель- 30 ный .резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход третьего.операционног< усилителя соединен с инвертирующим входом четвертого операционно- 35

ro усилителя и через второй интегрирующий конденсатор со входом первого элемента коммутации, подключенного выходом с инвертирующим входом первого операционного усилителя, инверти- щ рующий вход третьего операционного усилителя подключен ко входу первого элемента коммутации и через второй ограничительный. резистор ко входу устройства, а прямой вход через второй запоминающий конденсатор — к пря- мым входам второго и четвертого операционных усилителей, выход которого через второй элемент коммутации соединен с прямым входом третьего операционного усилителя.

На фиг. 1 представлена блок-cxe— ма предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы элементов устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 образцового напряжения, элементы 2-.4 коммутации (ключи ), вход

5 устройства, второй и .первый ограничительные резисторы 6 и 7, выход 8 g) устройства, первые интегрирующий 9 и запоминающий 10 конденсаторы, первый 11 и второй 12 операционные усилители, узел 13 синхронизации, гене ратор 14 тактовых импульсов, узел 15 преобразования временных интервалов в код, вторые интегрирующий 16 и запоминающий 17 конденсаторы, третий 18 и четвертый 19 операционные усилители.

На временных диаграммах показаны эпюры напряжений на выходах операционных усилителей (ОУ ) 11, 12, 18 и 19, выходе генератора 14, выходах узла 13 и на конденсаторах 10 и 17.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на вход 5 под.-.но напряжение Uz . В момент времени t no переднему фронту импульса генератора 14 замыкаются ключи 2 и 3.

В результате напряжение на конденсаторе 17, сформированное на конденсаторе 16 за время (Т-To) в предыдущем такте, начинает снижаться до нуля. Последнее вызвано тем, что при замыкании ключей 2 и 3 происходит практически мгновенное (так как постоянная времени заряда конденсатора 17 много меньше ьС ) изменение знака потенциала точки а за счет образования 100%-ной отрицательной обратной связи через ключ 3 и за счет поддержания потенциала т0чки ф

6JIH3 KHM K нулю (Ug =0 <3 - Е + ОС1<,), где Uo„o — напряжение на конденсаторе 10) .

В результате конденсатор 16 начинает разряжаться до нуля эквивалентньм током разряда 1 „ (+) . Процесс его разряда описывается уравнением.

Одновременно за счет образования связи через ключ 2 конденсатор 9 начинает заряжаться эквивалентным током заРЯДа ?з 2() =-Iq„(+) . В это же время конденсатор 9 заряжается током, обусловленным входным напряжением (0 (Кь), током, зависящим от 0 (0О j g ), и током, определяемым (p +() 1). Таким образом, в течение времейй (4 -t q) на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение. где Е - приведенное ко входу значение напряжения смещения и дрейфа нуля операционного усилителя 11, C<) — емкость конденсатора 9;

R7 — сопротивление резистора 7.

После окончания разряда конденсатора 16 на конденсаторе 17 за счет действия 100%-ной отрицатель860047

-Е . (Ь)

С1ч

Rl ux

N „=, (о) ь о

Формула изобретения

= — Е

С о

d0 ной обратной связи через ключ 3 установится потенциал 0, равныйс по значению и противоположный по знаку Е.

В течение оставшегося времени

5 (Т -Т„) после разряда конденсатора

16 конденсатор 9 продолжает заряжаться теми же токами, эа исключением

I„ (t) . В результате эа время(4>+q) О на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение

/ О Uo Eg+ Ос о1("и р с,с а,с, Po ) 4

В момент времени t задним фронтом тактового импульса размыкаются ключи 2 и 3, в результате чего на конденсаторе 16 происходит накопление нового заряда соответствующему измеряемому напряжению, а конденсатор 9 начинает разряжаться обраэцовьм напряжением Uä. В момент времени t выходное напряжение операциФ онного усилителя 11 достигает нуля.

По этому сигналу-признаку операционного усилителя 12 узел 13 замкнет ключ 3, что приведет к образованию 100%-ной отрицательной обратной Зо связи и тем самым к поддержанию выходного напряжения операционного усилителя 11 равным (Ez () « ) o прихода очередного тактового ймпульса.

За интервал времени (++-g >) на кон-З5 денсаторе 9 сформируется интегральное значение иЬ С К С, о

В течение оставшегося времени на кон денсаторе 9 сформируется

2+ C10 (.„) fp) и4 R C

3а счет действия 100%-ной отрица- О тельной обратной связи, образованной через ключ 4, начиная с момента времени с4, на конденсаторе 10 установится потенциал UE

:"начению и противоположный по знаку Е практически мгновенно, так как постоянная времени заряда конденсатора 10 много меньше Й С9, В момент времени 1 происходит очередной тактовый имйульс. Цикл работы устройства повторяется.

Информативный интервал времени Т> можно определить, исходя из слсдующих соображении. Процесс формированияинтегральных значений на конденсаторе 9 характеризуется равенством нулю их суммы в течение периода преобразования Т, т.е.

После подстановки в (8 ) э начений напряжений из (1) и (2 ) и простейших преобразований получим о

ТИ= Р, Т =М МИ (9) где К - коэффициент кодирования, N„- информативный код.

Окончательно имеем

Из (10) следует, что сформированный узлом 15 по значению, подаваемому на его вход из узла 13, информативный код пропорционален среднему за время Т преобразования значению измеряемого напряжения 0 и не эавиХ сит от значений Е и Е и полностью совпадает с функцией преобразования известного устройства. Причем в каждом текущем такте преобразования информативный код пропорционален среднему значению U эа предыдущий такт.

Таким образом, быстродействиа предлагаемого устройства характеризуется временем Т одного фиксированного такта вместо двух характерных для известного устройства, что и обуславливает повышение быстродействия. Непрерывное интегрирование U< осуществляемое в нем, исключает необходимость переключения в цепях измеряемого и образцового напряжения, что обуславливает значительно более высокую точность преобразования по сравнению с известным устройством.

Кроме того, вследствие непрерывного интегрирования 0 > в предлагаемом устройстве исключается пропуск информации об измеряемом напряжении, что также выгодно отличает его от известного. с

Устройство для ввода информации от аналогового датчика в вычислительную машину, содержащее источник образцового напряжения, два ограничительных резистора, первый и . второй элементы коммутации, подключенные управляющими входами к первому выходу узла синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом третьего элемента коммутации, 860047 третий выход — через узел преобразования временных интервалов в код с выходом устройства, а первый вход— с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход — через третий элемент коммутации с прямым входом первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен через первый интегрирующий конденсатор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, прямик входом и выходом подключенного соответственно к нулевой шине и вторсму входу узла синхронизации, а инвертирующим входом - к выходу первого операционного усилителя, прямой вход которого соединен через первый запоминающий конденсатор с прямьм входом второго операционного усилителя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повы-. шения точности и быстродействия устройства, в него введены вторые интег- 2О рирующий и запоминающий конденсаторы и третий и четвертый операционные усилители, причем выход источника образцового напряжения через первый ограничительный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход третьего операционного усилителя соединен с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя и через второй интегрирующий конденсатор со входом первого элемента коммутации, соединенного выходом с инвертирующим входом первого операционного усилителя, инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко входу первого элемента коммутации и через второй ограничительный резистор ко входу устройства, а прямой вход через второй запоминающий конденсатор к прямым входам второго и четвертого операционных усилителей, выход которого через второй элемент коммутации соединен с прямьм входом третьего операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2666343у18-24, кл. G 06 F 3/04, 1978.

2. Патент США 9 3895376, кл. 340-347, опублик. 1973(прототип).

860047

То

8aiso

Ор@

Bar so оуп

Вни ою а

Нонб тор дьи

ОУ1

Конбеи

Редактор A.Ëåæíèíà

Заказ 7548/73

Ввиод генералю

Втори дикой рло 13

Трем

d«so уяла

Составитель В.Вертлиб

ТехрЕд А. Ач Корректор М. Поко

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Носква, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Увгород, ул. Проектная„4