Устройство для измерения аналоговых величин с автоматическим масштабированием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 2 А 1 9) (11) 1)4 Н ОЗМ 1/12 ВЦ:Г;. Я Ч1 1)НИЕ ИЗОБРЕТЕ РСКОМУ СВ К ТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ ВЕЛИЧИН С АВТОМАТИЧЕСКИМ МАСШТАБИРОВАНИЕМ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в информационных измерительныхсистемах для измерения аналоговыхвеличин в широком диапазоне с автоматическим масштабированием. Изобретение позволяет расширить область применения за счет измерения импульсныхнапряжений. Это достигается тем, чтов устройство, содержащее блок 1 изменения масштаба, селектор 2 шкалы,распределитель 3 импульсов, элементИ 4, генератор 5 синхроимпульсов,аналого-цифровой преобразователь 6,выполненный на нуль-органе 7, цифроаналоговом преобразователе 8, блокеуправления 9, элемент 17 ИСКДОЧАОЩЕЕИЛИ, элемент И-НЕ 18, элемент НЕ 9,элемент И 10, генератор 11 синхроимпульсов, одновибратор 12, введеныблок 21 выборки и хранения, мультиплексор 22, повторитель 23 напряжения, селектор 24 режима, селектор 25синхроимпульсов, регистр 20 последовательных приближений, элемент НЕ26, Р-триггер 27. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.1406792 Составитель А.ТитоТехред М.Дидык р Е.Копча 8 з 320 пб ц 4/с 1 рпе ктоа н 4 1 роизводств.нп - п лпграфическое предпринтпе, г, У г р и Тирам В 111 П 1 Г 1 И Гстд по делам 3035, Мпскпп, рственного коми .обретений и от Ж, Раушскан Фиг. 7рректор Э.Пончаков дписноета СССРытийИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в информационных измерительныхсистемах для измерения аналогоных величин в широком диапазоне с антома 5тическим масштабированием.Целью изобретения является расширение области применения эа счетобеспечения возможности измерения им Опульсных напряжений.На фиг1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 -диаграммы работы устройства н режимеизмерения постоянных напряжений; нафиг.3 - диаграммы работы устройствав режиме измерения импульсных напряжений; на фиг.4 - функциональная схема блока выборки и хранения; на фиг.5 функциональная схема селектора режима; на фиг.б - функциональная схемаселектора синхроимпульсов; на фиг.7 -функциональная схема блока управления.Устройство (фиг1) содержит блок 251 измерения масштаба, селектор 2 шкалы, распределитель 3 импульсов, элемент И 4, генератор 5 синхроимпульсон,аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 6 поразрядного уравновешивания, включающий в себя последовательно соединенные нуль-орган 7, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8 иблок 9 управления, последовательносоединенные элемент И 1 О и генератор11 синхроимпульсон, одновибратор 12,35входные шины 13 и 14, выходные шины15 и 16, элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,элемент И-НЕ 18, элемент НЕ 19, регистр 20 последовательного приближения, блок 21 выборки и хранения, мультиплексор 22, повторитель 23 напряжения, селектор 24 режима, селектор 25синхроимпульсов, элемент НЕ 26, триггер 27 и входную шину 28.45На временных диаграммах (фиг.2 и 3)буквами а, Б, Ь ", о е,ж, ,и, К,л,м, р,п,С, обозначены напряжения в соответствующих точках схемы на фиг.7,Блок 21 выборки и хранения (фиг.4)содержит пиковый детектор 29, сдвоенный компаратор 30, элементы НЕ 31-33,Р-триггеры 34 и 35, элемент И 36,источник 37 пороговых напряжений.Селектор 24 режима (фиг.5) состоитиз одновибратора 38, делителя 39 час 55тоты, счетчика 40 импульсов, элемента НЕ 41, мультиплексора 42 элементов ИЛИ 43 и 44, Р-триггера 45,Селектор 25 синхроимпульсов (фиг.б)содержит элемент 46 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,элемент НЕ 47, элемент 48 эадержки,элементы 49 и 50 ИСКЛЮЧАЯ 31 ЕЕ ИЛИ,КБ-триггер 51, Р-триггеры 52 и 53 иэлементы 54 и 55 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.Блок 9 управления (фиг.7) состоит из Р-триггера 56, элементов ИЛИНЕ 57 и 58, и элементов 59 ИСКЛЮЧАЮ-.ЩЕЕ ИПИ, где и - число разрядов АЦП,Устройство работает следующим образом,При подаче сигнала на входную шину 14 срабатывает одновибратор 12(фиг.2 Б)и устройство устанавливаетсян исходное состояние.Импульс с выхода однонибратора 12(фиг.29 вместе с импульсами генератора 11 (фиг.24) поступает в селектор24, где после завершения всех переходных процессов н блоке 1 формируетсяимпульс "Старт" (фиг.23). Импульсыс выхода одновибратора 12 (фиг.2 о) и11 иСтарт поступают в селектор 25, гдевырабатываются синхроимпульсы АЦП(фиг.2,3 ). При этом по импульсу "установка АЦП" (фиг.2) регистр 20 иблок 9 устанавливаются н исходноесостояние и на входах ЦАП 8 устанавливается код 1 = 0,111, а на еговходах устанавливается напряжениец,оп =0 (фиг.2 м).По импульсу "Старт" (фиг.26) заканчивается импульс "Установка АЦП"(фиг.22), После этого в селекторе 25формируется второй синхроимпульсАЦП (фиг.23), который своим положительным фронтом определяет знак измеряемого" напряжения относительноцапПри этом на входы блока 9 поступаютсигналы Опрос нуль-органа" (фиг.1,2, "Строб знака" (фиг.1,2 е) и сигнал с выхода нуль-органаНапряжение П поступает из блока1 через мультиплексор 22 (фиг.2 А),повторитель 23 на нуль-орган 7. Врезультате на выходе нуль-органа 7появляется сигнал 0 , а на первомвходе ЦАП 8 сигнал "1", Эти сигналыпоступают на элемент 17, на выходекоторого появляется сигнал "1", Врезультате, так как с иннертирующеговыхода Р-триггера 27 на другой входэлемента И-НЕ 18 поступает сигнал"1", на выходе этого элемента появляется сигнал "0", на выходе элемента 19 сигнал "1" (фиг.2 к), При этомна входах ЦАП 8 устанавливается код5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1,11, а на его выходе напряжение Ццап Е о. Если при этом ЦЧап ф то на выходе элемента 18 будет сигнал "0", а на выходе элемента 19 (фиг,2) - сигнал "1", открывающий элемент И 4. В результате положительный перепад с элемента 26, соответствующий спаду импульса Старт", запускает генератор 5 и далее происходит переключение масштаба в блоке 1. По прошествии всех переходных процессов, связанных с переключениями и масштабированием, селектор 24 выдает следующий импульс "Старт" (фиг.2 3) и, если 0 ) П , то снова срабатывает генератор 5 и происходит следующее переключение предела масштабирования. Если теперь после масштабирования 0 с 0 то нуль-орган 7 переключается в состояние "1", На выходе элемента 17 появляется сиг 1 1нал 0 , на выходе элемента 18 - сигнал "1", а на выходе элемента 19 (фиг.1,2,к), который закрывает элемент 4 появляется сигнал "0". С приходом положительного перепада с элемента 26 переключателя Р-триггер 27 подает разрешающий потенциал (фиг.2 к) на элемент 10, который направляет синхроимпульсы с генератора 11 в селектор 25. Сигнал с выхода Р-триггера 27 (фиг.2) одновременно поступает в селектор 24 и запрещает формирование импульса Старт". При этом иэ селектора 25 на вход блока 9 (фиг.1, 2 ) поступают синхроимпульсы "Опрос нуль-органа", а также сдвинутые на время длительности одного синхроимпульса (что обусловлено временем установления напряжения в ЦАП 8) синхроимпульсы (фиг.1,2 о), поступающие на вход АЦП 6.В результате в АЦП 6 происходит преобразование. Результаты масштабирования и преобразования, выдаются из устройства по шинам 15 и 16. Если Ц отрицательной полярности,т.е.)0 то после установки АЦП в исходное состояние, когда блок 9 выдает на входы ЦАП 8 код 0,11, а на выходе ПАП 8 устанавливается напряжение П=О, с приходом второго синхроимпульса АЦ (фиг.2 о) его положительным перепадом на выходах блока управления по сигналу1 с нуль- органа 7 устанавливаешься код 0,000, Этот код устанавливает на выходе ЦАП 8 напряжение, равное Е . При этом на выходе элемента 17 появляется сигнал "1". Если 0 больше У с, (по аб солютной величине), то на нуль-органе 7 остается сигнал "1". В результате запускается генератор 5 и импульс через открытый элемент 4 поступает в селектор 3 и происходит переключение шкалы масштабирования в блоке. Если после этого оказывается, что(0(с0 (, то на выходе элемента17 появляется сигнал "0". Элемент 4закрывается, элемент 1 О открываетсяи синхроимпульсы АЦП (фиг,23) поступают на преобразование в АЦП 6. Результаты масштабирования и преобразования выдаются из устройства пошинам 15 и 16.Режим преобразования импульсногонапряжения рассмотрим по фиг.1 и диаграмме на фиг.З. Для обеспеченияэтого режима на вход 28 подается сигнал "1", который переводит устройство в селекторе 24 и блоке 21 в режим преобразования импульсных напряжений. При этом в селекторе 24, кромеимпульсов, поступающих с генератора11, формируется импульс иСтарт"(фиг.З ) и импульс "Пуск (фиг.Зя),подготавливающий блок 21 к работе.Блок 21 работает таким образом,что с приходом измеряемых импульсовон формирует по фронту второго импульса после сигнала "Пуск" (фиг.31)сигнал "Выборка" (фиг.ЗС). Потенциал"Выборка" переводит блок 21 иэ следящего за сигналом У (режима "Выборка") в режим Хранение (фиксации)аналогового сигнала,Таким образом, измеряемое импульсное напряжение 1, поступившее навходную шину 13 устройства, пройдяблок 1 (фиг.3) мультиплексор 22,повторитель 23, поступает на входблока 21 и через мультиплексор 22на вход нуль-органа 7 АЦП (фиг,ЗА).,После прихода запускающего сигналана входную шину 14 срабатывает одновибратор 12 (фиг.36) и устанавливает устройство в исходное состояние.При этом в селекторе 24 начинаетсяформирование импульса "Пуск", кото"рый появляется на выходе селектора24 после завершения начальной установки всех элементов устройства, Отимпульса "Пуск" по фронту второгоимпульса (фиг.З) срабатывает блок21 и выдает перепад "Выборки"хранения и переключает мультиплексор 22 таким образом, что сигнал свыхода блока 21 поступает на входнуль-органа 7 (фиг.Зл). Кроме того,этот же сигнал поступает на входповторителя 23, после которого онснова поступает на вход блока 21,что увеличивает время хранения выбранного сигнала и повышает точность 10запоминания. По перепаду "Выборка"(фиг,Зс) н селекторе 24 формируетсяимпульс нСтарт" (фиг.З), по которому в селекторе 25 заканчиваетсясигнал "Установка АЦП" (фиг.Зг). При 5этом на входах ЦАП 8 устанавливаетсякод О, 111, соответствующий напряжению Г 1,р 0 (фиг.Зм). Лалее по спаду второго синхроимпульса АЦП (фиг.Зр)на входах ЦАП устанавливается код, 20обеспечивающий на его выходе напряжение Гцап +Еоп или Г 1 цро = Еопт.е.если Ц Нцапто формируется код1 111 (+Еоп), а если Осто 0,000 (-Еа )Таким образом, по окончании положительногс перепада второго синхроимпульса АЦП (фиг.33) на выходеэлемента 18 устанавливается сигнал"0", а на выходе элемента 19 (фиг. Зк) - 30сигнал "1", В результате положительным фронтом с элемента 26 запускается генератор 5 (фиг,30), который запускает режим масштабирования. Герепад "Выборка" (фиг.Зс), кроме импульса Старт" (фиг,Зь) н селекторе24, запускает режим формирования импульса "Пуск", который поступает навыход П селектора 24 (фиг.З) послезавершения всех коммутаций и норма лиэаций в блоке 7. Если напряжение на выходе блока 21 (фиг.Зи) оказывается меньше Г , =Е по абсолютнойцап опвеличине, то на выходах элементов18 и 19 сигналы меняются на противо Б положные, После прихода импульса"Пуск" (фиг.Зп) по фронту второго измеряемого импульса (фиг.З) блок 21рснова переходит иэ режима Выборка в режим "Хранение", Блок 21 выдает на первый выход (фиг.1) перепад управляющего напряжения (фиг.ЗС). ри этом на нтором выходе появляется постоянное напряжение для подачи его через мультиплексор 22 (фиг.Зи) на нуль орган 7, В результате по перепаду "Выборка" н селекторе 24 формируется импульс "Старт" (фиг,Зо) и перекпючается 0-триггер 27, потенциал с инвертирующего выхода которого (фиг.ЗЖ) открывает элемент 10, и синхроимпульсы с генератора 11 поступают н селектор 25, а оттуда на вход блока 9 (фиг.1,3 в качестве синхроимпульсон "Опрос нуль-органа, а также сдвинутые на время длительности одиого синхроимпульса (что обусловлено временем установления напряжения в ЦАП 8) синхроимпульсы (фиг.33), поступающие на вход АЦП 6 для преобразования постоянного напряжения в АЦП аналогично описанному. Выходной код по шинам 15 и 16 выдается иэ устройства.Формула изобретения1. Устройство для измерения аналоговых величин с автоматическим масштабированием, содержащее одновибратор, аналого-цифровой преобразователь, выполненный на последовательно соединенных блоке управления, цифроаналоговом преобразователе, нуль-органе, последовательно соединенные первый генератор синхроимпульсов,первый элемент И, распределитель импульсон, селектор шкалы, блок изменения масштаба, последовательно соединенные второй генератор синхроимпульсов и второй элемент И, второй вход блока изменения масштаба является первой входной шиной вход одновибратора - второй входной шиной выходы селектора шкалы являются первыми выходными шинами, выходы блока управления - вторыми выходными шинами, последонательно соединенные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И-НЕ и первый элемент НЕ, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединен с первым входом блока управления и соединен с выходом нуль-органа, нторой вход объединен с входом старшего разряда цифроаналогового преобраэонателя, выход одновибратора соединен с первым входом первого генератора синхроимпульсов, входом второго генератора синхроимпульсон, нторыми входами селектора шкалы и блока управления, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения эа счет обеспечения возможности измерения импульсных напряжений, в него введены блок выборки и хранения, мультиплексор,92 гера, а выход второго генератора скНхроимпульсов соединен с пятым входомселектора режима,2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок выборки ихранения выполнен на пиковом детекторе, сдвоенном компараторе, трех элементах НЕ, двух О-триггерах, элементеИ и источнике пороговых напряжений,первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым инвертирующим и первым неинвертирующимвходами сдвоенного компаратора, второй инвертирующий и второй неинвертирующий входы которого объединены иявляются вторым входом блока выборкии хранения, стробирующии вход сдвоенного компаратора соединен с инвертирующим выходом первого Р-триггера ипервым выходом пикового детектора,который является первым выходом блокавыборки и хранения, вторымвыходомкоторого является второй выход пикового детектора, выход сдвоенного компаратора соединен с первым входом элемента И и входом первого элемента НЕ,выход которого соединен с С-входомвторого триггера, П-вход которогообъединен с Р-входом первого Р-триггера и является первым входом блокавыборки и хранения, К-входы первогои второго 0-триггеров объединены исоединены с выходом второго элементаНЕ, вход которого является четвертымвходом блока выборки и хранения,третьим входом которого является входтретьего элемента НЕ, выход которогосоединен с первым С-входом первогоБ-триггера, второй С-вход которогосоединен с выходом элемента И, второй вход которого соединен с неинвертирующим выходом второго Э-триггера.3. Устройство по и,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что селекторрежима выполнен на одновибраторе,делителе частоты элемента НЕ, счетчике импульсов, мультиплексоре, двухэлементах ИЛИ и О-триггере, К-входкоторого соединен с выходом первогоэлемента ИЛИ,"С-вход - с первым ивторым выходами мультиплексора, 0 вход объединен с первым управляющимвходом мультиплексора, который является первым входом селектора режима,Б-вход Р-триггера объединен с первымуправляющим входом счетчика импульсов и является четвертым входом селектора режима, выход Р-триггера сое 45 7 14067 повторитель напряжения, селектор режима, селектор синхроимпульсов, второй элемент НЕ, Р-триггер, регистр последовательного приближения, выходы которого соединены с соответст 5 вующими третьими входами блока управления, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами селектора синхроимпульсов, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами регистра последовательного приближения, третий вход которо о соединен с вто - рым выходом блока управления, первые входы селектора режима и блока выборки и хранения объединены и являются третьей входной шиной, второй вход блока выборки и хранения объе 20 динен с первым входом мультиплексора и соединен с выходом повторителя напряжения, вход которого соединен с первым выходом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом 25 блока иэменения масштаба, третий вход блока выборки и хранения объединен с вторыми входами селектора режима распределителя импульсов, первым входом селектора синхроимпульсов, К-входом П 0-триггера и соединен с выходом одновибратора, четвертый вход блока выборки и хранения соединен с первым выходом селектора режима, третий вход которого объединен с третьим входом35 мультиплексора и соединен с первым выходом блока выборки и хранения,четвертый и пятый входы мультиплексора объединены и соединены с вторым выходом блока выборки и хранения, второй 4 выход мультиплексора соединен с вторым входом нуль-органа, причем второй вход селектора синхроимпульсов соединен с выходом второго элемента И, четвертый вход селектора режима объединен с третьим входом селектора синхроимпульсов, вторым входом второго элемента И и соединен с неинвертирующим выходом Р-триггера, четвертый вход селектора синхроимпульсов объединен с входом второго элемента НЕ и соединен с вторым выходом селектора режима, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом первого генератора синхроимпульсов и С-входом Р-триггера, Б- вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с инвертирующим выходом 0-триг динен с вторым управляющим входом счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с входом элемента НЕ и соединен с выходом делителя частоты, вход которого является пятым входом селектора режима, первый,второй, третий и четвертый информационные входы счетчика импульсов объединены и являются общей шиной, вход установки счетчика импульсов объединен с первым входом элемента ИЛИ и является вторым входом селектора режима, второй вход первого элемента ИЛИ объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и соединен с выходом одно.вибратора, вход которого является третьим нходом селектора режима, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с третьим выходом мультиплексора, а выход второго элемента ИЛИ является вторым ныходом селектора режима, четвертый выход мультиплексора является первым выходом селектора режима, первый и второй информационные входы мультиплексора объединены и соединены с выходом элемента НЕ.4. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что селектор синхроимпульсов выполнен на пяти элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементе задержки, элементе НЕ, КБ-триггере и двух Р-триггерах,К-входы КЯ-триггера и первого Р-триггера и первые входы первого и второго элементон ИСКЛОЧАЮШЕЕ ИЛИ объединень 1 и являются первым входом селектора синхроимпульсов, Я-вход КБ-триггера объединен с входом элемента задержки, первым входом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮ 1 ЦЕЕ ИЛИ и является четвертым входом селектора синхроимпульсон, выход КБ- триггера соединен с первым входом четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮ 1 ЦЕЕ ИЛИ и является третьим выходом селектора режима, второй нход четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с Выходом первого Р-триггера, а выход - с первым входом пятого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход является06792 1 Очетвертым выходом селектора синхроимпульсов, вторым выходом которогоявляется выход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого 5объединен с входом элемента НЕ и янап 45 50 10 15 20 5 30 1 г ляется вторым входом селектора синхроимпульсов, выход элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Р-входы первого и второго Р-триггеров объединены и являются шиной источника положительной полярности С-входы первого и второго Р-триггеров объединены и соединены с выходом элемента задержки, К-вход второго Р-триггера соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является третьим входом селектора синхроимпульсов, первым выходом которого является инверсный выход второго Р-триггера.5. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на Р-триггере, двух элементах ИЛИ-НЕ, и элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, где и - число разрядов аналого-цифрового преобразователя, первые входы которых являются соотнетстненно третьими входами блока упранления, второй вход и-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является общей шиной, второй вход (и)-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом перного элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с первого по (и)-й объединены и соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, ныхоцы и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются соответственно первыми выходами блока управления, вторым выходом которого является инверсный выход Р- григгера, который соединен с первым входом нторого элемента ИЛИ-НЕ, второй нход которого объединен с первым входом первого элемента ИХП 1-НЕ и является четвертым входом блока управления, второй вход первого элемента .1 ЛИ-НЕ соединен с прямым входом Р- григгера, Я-, Р- и С-входы которого являются соответственно вторым, первым и пятым входами блока управления.