Устройство для ввода информации

Патент 930311

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

I (опубликовано 23. 05.82. бюллетень ¹ 1g (51)М. Кл.

G 06 F 3/00

03 к 17/00

Гееудерстееекый квинтет

CCCP ее делам неееретений и еткрытий (53) УДК 681.327. . 11(088. 8) Дата опубликования описания 23 . 05. 82 (72) Авторы изобретения

Ю.Н.Торопкин и А. В.Липень (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к авгома тике, измерительной информационной технике и предназначено для коммутации и преобразования аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном в цифровой эквивалент.

Оно может быть применено как внешнее устройство для измерительных. информационных систем и управляющих вычислительных комплексов.

Известны устройства, используемые

1В для сбора и регистрации данных в измерительных информационных системах. е, Эти устройства имеют коммутатор, каналов, выход которого через блок

15 усилителей и коммутатор диапазонов подключен к входу аналого-цифро вого преобразователя, à его управляющие входы подключены к выходу распределителя, запускаемого генератором тактовых импульсов (1 .

Недостатки этих устройств заключаются в том, что регистрация с их помощью быстропеременных процессов с Широким динамическим диапазоном практически невозможна из-за невосполнимых потерь информации вслед- . ствие неправильного выбора рабочего диапазона.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являе:тся устройство, которое содержит коммутатор каналов, вход которого подключен к датчикам, а выход через объединенные по входам усилители и последовательные ключи связан с входом .аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом устройства выбора диапазона, подключенного по выходу к управляющим входам ,последовательных ключей. Управляющие входы коммутатора каналов связаны с выходом распределителя, вход которого йодключен к выходу генератора тактовых импульсов (2).

Однако и здесь, не достигнуто высокой эффективности в устранении указанных недостатков, так как пере3 93031 ключение диапазона требует здесь длительного времени, включающего в себя столько циклов аналого-цифрового преобразования, сколько их необходимо для подбора оптимального диапазона. 5

За это время входной сигнал успевает обычно в значительной мере измениться и достоверность полученных данных, а следовательно и надежность работы устройства, заметно снижаются. Кроме щ того, это устройство не позволяет asтоматически учитывать полярность .входного сигнала для более эффективного использования рабочей шкалы измерительного устройства.

Цель изобретения - повышение быствЂ” родействия устройства за счет сокращения времени сбора сигналов с датчиков при регистрации быстропеременных процессов с широким динамическим диа" в пазоном.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные геНератор тактовых им-. пульсов и распределитель импульсов, первый выход которого соединен с одним входом первого коммутатора, другие входы которого соединены с датчиками, блок усилителей, выходы которого соединены с входами вторего коммутатора, один выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, а выход

З5 соединен с первым выходом устройства, введены первый и второй компараторй, первый и второй регистры, последовательно соединенные счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй эле45 мент задержки и второй элемент И, второй инвертор, .вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен с первым входом первого элемента И и первым входом

56 счетчика, блок элементов И, одни входы которого соединены с выходами счетчика, а выходы с входами второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с входом блока усилителей, второй ключ, первый вход которога соединен с выходом первого коммутатора и входом инвертирующего усилителя, выход второго ключа соединен с входом блока усилителей и первым входом первого компаратора, второй формирователь импульсов, третий инвертор, третий, четвертый, пятый элементы И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым элементами И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и вторым входом первого элемента И, второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора, второй вход четвертого элемента И соединен с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора, первый выход триггера соединен с вторым входом второго ключа, второй выход триггера соединен с вторым входом первого ключа и первым входом элемента И, четвертый инвертор, вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки и другим входом дешифратора, а выход соединен с вторым входом счетчика, третий выход распределителя импульсов соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом первого регистра, выход которого соединен с вторым выходом устройства, первый вход второго компаратора соединен с выходом второго коммутатора, а выход соединен с вто-. рым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другой вход блока элементов И соединен с вторым выходом распределителя импульсов, выходы дешифратора соединены с другими входами второго коммутатора, а вход первого инвертора соединен с одним из выходов дешифратора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для ввода информации.

Устройство содержит датчики 1, третий элемент 2 задержки, генератор

3 тактовых импульсов, второй формирователь 4, четвертый инвертор 5, первый коммутатор 6, распределитель

7 импульсов, третий элемент И 8, счетчик 9, инвертирующий усилитель

10, второй ключ 11, триггер 12, тре-тий инвертор l3, первый элемент И сигнала от подключенного датчика, триггер 12 полярности больше не переключится и преобразование входно"

ro сигнала в цифровой эквивалент аналого-цифровым преобразователем

29 будет проведно на данной полярности. В противном случае полярность этого сигнала на входе блока усилителей 20 может еще переключиться до начала преобразования, работа которого задается сигналом с соогветствующего выхода распределителя 7. Для исключения погрешностей измерения еа счет переходных процессов при переключении ключей 11 и 16, выбор полярности входного сигнала должен закончиться за некоторое время до начала преобразования, что осуществляется соответствующим выбором длительности импульса с формирователя

4. Для исключения ошибок измерений в случае, когда входной сигнал в момент начала преобразования проходит через нуль и меняет свой знак в процессе выбора рабочего диапазона и преобразования,на аналого-цифровой преобразователь 29 задается пьедестал по напряжению, смещающий относительный нуль преобразователя за величину, немного превышающую возможное изме-. нение входного сигнала в момент его отсчета. После выбора полярности входного сигнала начинает работать схема автоматического выбора оптимального, в смысле точности, рабочего диапазона измерений. В промежутках между измерениями счетчик 9 диапазонов сброшен потенциальным. .сигналом с выхода распределителя

7 через инвертор 5.Дешифратор 15 номера диапазона при этом заперт по управляющему входу тем же сигналом с распределителя, ío без инверсии последнего. При поступлении сигнала с генератора 3 тактовых импульсов одновременно с переключением каналов в соответствующем коммутаторе

6 отпирается по управляющему входу дешифратор 15 диапазонов и снимается потенциальный сигнал сброса счетчика 9 через инвертор 5. При этом на выходе дещифратора 15 диапазонов, соответствующем самому чувствительному диапазону, появляется разрешаю" щий сигнал, замыкающий соответствую-; щий ключ второго коммутатора 22 диа-. пазонов, подключая к входу аналого цифрового преобразователя 29 усили-. тель с максимальным коэффициентом

5 9303

14, дешифратор 15, первый ключ 16, четвертый элемент И 17, первый формирователь 18 импульсов, первый элемент задержки 19, блок 20 усиления, первый компаратор 21, второй коммутатор 22, пятый элемент И 23, второй инвертор

24, первый инвертор 25, источник 26 напряжения, второй элемент 27 задержки, второй компаратор 28, аналогоцифровой преобразователь 29, первый <6 регистр 30, шестой элемент Й 3.1, блок

32 элементов И, второй элемент И 33, блок 34 контроля обрыва датчика, второй регистр 35, источник 36 опорного . напряжения, шина 37 нулевого потен- 1$ циала.

Устройство аналогового ввода работает следующим образом.

По сигналу с генератора тактовых импульсов 3 распределитель 7 импуль- 2в со@ вырабатывает сигнал переключения каналов первого коммутатора 6, подключающий один из датчиков 1 к последовательному второму ключу 11 и к цепочке из инвертирующего уси- 2s лителя 10 и первого ключа 16. В зависимости от полярности аналогового сигнала на входе блока 20 усилителей, первый компаратор 21 полярности выдаст потенциал логической единицы зв или нуля на инвертор 13 и элемент

И 17. Допустим для определенности, что триггер 12 полярности установлен так, что ключ 11 замкнут, а ключ 16 разомкнут, а с выхода первого компаратора 2 1 полярности, сравнивающего аналоговый сигнал с нулевым потенциалом, поступающим по одноименной шине 37, идет сигнал логической единицы. Через время, необходимое для затухания переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов и определяемое элементом 2 задержки переднего фронта сигнала, формирователь 4 коротких импульсов по переднему фронту сигнала выдаст импульс, который запишет на триггер 12 полярности состояние первого компаратора 21 поляр-: ности. При допущенном нами предыдущем состоянии триггера 12 произойдет его переключение в противоположное состояние и на входе -блока 20 усилителей уже будет инвертированный входной аналоговый сигнал, поступающий через инвертирующий усилитель 10 и ключ 16, который теперь будет замкнут. Если за время длительности импульса с формирователя 4 не произойдет смены полярности входного

7 9303 усиления из блока 20 усилителей. После затухания переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов на элемент И 14 поступает задержанный по переднему фронту сигнал с распределителя 7. Элемент И 14 открыт сигналом с выхода элемента И 33, поступающим через инвертор 24. Сформированный формирователем 18 короткий импульс через время, определяемое эле- о ментом 19 задержки и выбираемое рав ным времени срабатывания ключей второго коммутатора 22 диапазонов, поступает на элемент И 33, на один из входов которого подается сигнал с выхода второго компаратора 28 диапазонов, сравнивающего напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя 29 с опорным напряжением, поступающим с источника 36 и почти равным верхнему пределу диапазона входных сигналов преобразователя

29. Если опорное напряжение меньше, входного напряжения преобразователя 29, То на выходе второго компаратора 28 диапазона появляется разрешающий сигнал, отпирающий элемент И 33, и импульс перебора диапазона с элемента задержки 19 через элемент И 33 и инвертор 24 попадает на вход счетзо чика диапазонов 9, в который добавится единица по заднему фронту этого импульса, и через элемент И 14; работающий как собирательный элемент для инвертированного импульса на вход формирователя 18, который вновь сформирует импульс» но уже по заднему фронту предыдущего импульса, и далее этот импульс повторяет предыдущий импульс, и так до тех пор, пока второй компаратор 28 диапазона

40 не выдаст запирающий сигнал на элемент И 33 и не прекратит циркуляцию названного импульса, т.е. пока напряжение на входе преобразователя

29 не станет меньше напряжения с источника опорного напряжения 3б, в счетчик 9 диапазонов при этом каждый раз добавляется единица и к входу преобразователя подключается усилитель с меньшим коэффициентом усиления из блока 20 усилителей через второй коммутатор 22 диапазонов, управляемый дешифратором 15 диапазонов.

Таким образом, последовательно пере бираются все рабочие диапазоны устройства QT более чувствительного к более грубому, пока сигнал на входе преобразователя 29 не окажется в ра11 8 бочем диапазоне преобразования, т.е. измерение будет проведено на оптимально подобранном рабочем диапазоне устройства с целью получения наивыс" шей точности измерения.

8 слу ае, если входной сигнал преобразователя 29 не попадает в его рабочий диапазон ни на одном из диапазонов, выбираемых коммутатором

22, сигнал с выхода дешифратора 15, соответствующий самому грубому диапазону, открывает элемент И 31, через который импульс с выхода элемента 19 задержки попадает на вход блока 34 контроля обрыва датчика и далее на вход устройства, куда поступают также сигналы состояния триггера 12 поля„ности, цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 29, соответствующий измеряемой величине, и номер диапазона, на котором было произведено измерение, поступающий на выход устройства с счетчика 9 диапазонов через блок элементов И

32 и регистр 35 диапазона, служащий для фиксации номера диапазона на время регистрации данных. Запуск преобразователя 29 и перепись диапазона на регистр 35 диапазона через блок элементов И 32 осуществляется по сиг- налу с распределителя 7, задержанному относительно запуска первого коммутора б каналов на время, необходимое для установления переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов и для прохождения полного цикла перебора всех рабочих диапазонов на счетчике 9 диапазонов. Для прекращения циркуляции импульса перебора рабочих диапазонов сигналом выхода дешифратора 15 диапазонов, соответствующим самому грубому диапазону, через инвертор 25 и элемент задержки переднего фронта 27 элемент И 33 запирается после прохождения очередного. импульса перебора диапазонов, прекращая дальнейшее переключение рабочих диапазонов после достижения самого грубого диапазона.

Таким образом, предлагаемое устройство для ввода информации позволяет автоматически в процессе опроса входного сигнала определить его полярность и выбрать оптимальный по точности рабочий диапазон измерений. Это свойство позволяет применить устройство для измерения переменных входных сигналов с широким динамическим диапазоном измерения и позво9 93031 ляет регистрировать данные о случайных и быстро протекающих процессах, Формула изобретения

Устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, первый вы- 10 ход которого соединен с одним входом первого коммутатора, другие входы которого соединены с датчиками, блок усилителей, входы которых соединены с входами второго коммутатора, выход 15 которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен со вторым выходом распределителя импульсов, а выход вЂ” с первым выходом уст- 20 ройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй компараторы, первый и второй регистры, последовательно 2з соединенные счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй элемейт задержки и второй элемент И, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - с первым входом первого элемента И и первым входом счетчика, блок элементов И, одни входы которого соединены с выходами с11етчика, а выходы - с входами второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устрой- 40 ства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с вхо-, дом блока усилителей, второй ключ, первый вход которого соединен с выходом первого коммутатора и входом инвертирующего усилителя, выход второго ключа соединен с входом блока усилителей и первым входом первого компаратора, второй формирователь импуль1 Ео сов, третий элемент задержки, третий инвертор, третий, четвертый, яятый элементы И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и вторым входом первого элемента И, второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора., второй вход четвертого элемента И вЂ” с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора, первый выход триггера соединен с вторым входом второго ключа, второй выход триггера вЂ” с вторым входом первого ключа и первым входом пятого элемента И, четвертый инвертор, вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки и другим входом дешифратора, а выход -. с вторым входом счетчика, третий выход распределителя импульсов соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом первого регистра, выход которого соединен с вторым выходом устройства, первый вход второго компаратора соединен с выходом второго коммутатора, а выход соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другой вход блока элементов И вЂ” с вторым выходом распределителя импульсов,,выходы дешифратора - с другими вхо:дами второго коммутатора, а вход первого инвертора - с одним из выходов дешифратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

N 610302, кл. H 03 K 17/02, 3976.

2. Авторское свидетельство СССР

t 615602, кл. Н 03 K 17/56, 3976 (прототип).

930311

Составитель Н.Панфилов

Редактор А.Шандор Техред д. Пекарь Корректор Г.Решетник

Заказ 3473/65 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филаил ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4