Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 03 М 1/60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ь ки БРАЗОсти им- образой код с напряет быть е относится к области ими, в частности, к преобразожения в цифровой код с преобразованием в частоту Изобретени пульсной техник вателям напря промежуточным импульсов,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРйт 1150769, кл, Н 03 М 1/60, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1504789, кл, Н 03 М 1/60, 1988,(57) Изобретение относится к облапульсной техники, в частности к превателям напряжения в цифровопромежуточным преобразованиемжения в частоту импульсов, и мож тны аналого-цифровые преобракоторые содержат преобраэоважения в частоту импульсов ПНЧ, атель, счетчики, генератор имриггеры и логические элементы, второй из этих АЦП имеет также е вычитатель и ключ.ом АЦП входное напряжение Ох ется в частоту Ех = КпОх, которая о преобразуется в код Кх = Рх - То. отуРопреобразуетсяопорноенапряжеИзвес зователи,тель напря переключ пульсов, т при этом аналоговь В пер преобразу за время Т Затем в част,.,Й 2, 1728968 2использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности. Для этого в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжения в частоту импульсов, переключатель, три счетчика, регистр, три триггера, три одновибратора, два формирователя импульсов, логические элементы И или ИЛИ, введены аналоговые сумматор и вычитатель, постоянное запоминающее устройство, логический инвертор, регистр, счетчик, элементы ИЛИ и И. благодаря которым преобразование выполняется без дополнительных потерь времени и погрешностей и тем самым повышаются быстродействие и точность работы преобразования, 2 ил,ние, Ео=К пОо, и формируется временной интервалЙх Кп ОхТо Охкоторый соответствует результату пре- обРазованиЯ, полУченномУ за ТпР = Т, + Тх.Во втором АЦП преобразование Ох и Оо в частоту частично в течение То совмещается во времени, что позволяет уменьшить Тпр. Для этого за время То/2 получается предварительный результат преобразования К 1, который используется для определения начала совмещенного преобразования напряжения (Оо - Ох), продолжающегося в течение Т 2 до окончания Тд. Получаемый за это время код М 2 вычитается из М 1, В случае, 17289681920подсоединены соответственно к выходам аналоговых сумматора и вычитателя, первые входы которых объединены и являются шиной преобразуемого напряжения, а вторые входы объединены и являются шиной опорного напряжения, выходы разрядов первого регистра являются выходной шиной, второй выход третьего одновибратора является шиной "готовность" и соединен с вторыми входами четвертого элемента И и второго триггера, второй выход последнего из которых подсоединен к второму входу одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с входом установки "ноль" второго счетчика, при этом выход второго одновибратора подсоединен к входу записи кода второго регистра, вход логического инвео тора объединен с вторым входом девятогоэлемента И и соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, входы которого, кроме перового, подсоединены к соответствующим выходам разрядов четвертого счетчи ка, счетный вход которого соединен свыходом девятого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом распределителя импульсов,если их разность Л К = й - М 2 Ф О, тоЛм формируется интервал времени Тз =Е,ОхДлительность Т 2+ Тз = То, т,е. соотОоветствует результату преобразования, который по сравнению с первым АЦП получен за меньшее время Тр = То + Тз,1так как.Тз = - Т д, где д - величина отно 2сительного изменения Кп в ПНЧ, и ТзТ первого аналога.Временной интервал Тз представляет собой дополнительные затраты времени на получение результата преобразования после времени Т, в течение которого произведено измерение ОНаиболее близким к предлагаемому является АЦП, который содержит переключатель, управлящий вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а выход - с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подсоединен к первым входам первых элементов И или ИЛИ, выход и второй вход последнего соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов и через первый одновибратор с выходом первого элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и к счетному входу первого счетчика, выход переполнения которого соединен с входом второго одновибратора и с первым входом второго триггера, первый выход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, с третьего по пятый элементы И, в первом из которых выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, а в последнем из которых первый вход - с первым выходом третьего одновибратора, вход которого подсоединен к первому выходу четвертого одновибратора, второй и третий счетчики, входы младших разрядов последнего соединены с выходами шестых элементов И, первые входы которых подсоединены к выходам распределителя импульсов, и первый регистр, вход записи которого соединен через второй Формирователь импульсов с первым входом третьего элемента ИЛИ, при этом первая и вторая входные шины подсоединены к входам переключателя, третья шина - к входу четвертого одновибратора, четвертые шины - к выходам разрядов второго счетчика, пятая шина - к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго одновибратора, вход которого подсоединен к второму входу первого триггера, первый вход которого соединен с первым входом 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 третьего триггера, с выходом четвертого одновибратора, с вторым входом пятого элемента И и с третьим входом первого элемента ИЛИ и с входами установки "0" кода второго и третьего счетчиков, выход переполнения последнего из них подсоединен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход первого триггера соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом третьего элемента И, выход которого подсоединен к входу распределителя импульсов, а второй вход - к выходу ПНЧ и к первому входу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход - со счетным входом третьего триггера, выход которого подсоединен к второму входу последнего, выход первого формирователя импульсов соединен с входом записи кода регистра, выходы разрядов которого подсоединены к вторым входам шестых элементов И, а их входы - к выходам разрядов первого счетчика, вход установки "0" кода которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к выходу пятого элемента И,В этом АЦП перед началом очередного преобразования и после его окончания выполняется преобразование опорного напряжения Оо в частоту Ео = КпОо. Период этой частоты сравнивается с фиксированным интервалом времени то = пс,/1, Если1разность Ь 1 = (то - - )О, то величинаЕои = Лт Г используется для коррекции результата преобразования М, При этом с каждым импульсом частоты Е = Кл О результат увеличивается на величину и/п1,Это позволяет скорректировать суммарное число импульсов й в течение Т:= КпОТо(1 + и/по)Изменение К компенсируется величиной, полученной при суммировании п/пс, Поэтому за Т получается окончательный реОзультат преобразования К = Т, наОо который не оказывает изменение коэффициента КпДополнительные затраты времени после Т уменьшены и сведены к двум периодам частоты ЕсОднако в эти дополнительные по сравнению с Т затраты времени входной сигнал отключается от ПНЧ и прерывается на их длительность интегрирование входного сигнала, приводящее к потери информации о его величине в эти интервалы времени; несинхронность появления импульсов Е с на5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 чалом и окончанием То приводит к неизбежной дополнительной погрешности квантования, которая может достигать величины, равной двум квантам АЦП.Целью изобретения является повышение быстродействия и точности АЦП,Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий пять элементов И и переключатель, управляющий вход которого соединен с первым входом первого триггера, а выход - .с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к первым входам первых элементов И и ИЛИ, выход и второй вход последнего из которых соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов непосредственно и через первый одновибратор с выходом первого элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и объединен со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен с входом второго одновибратора и с первым входом второго триггера, первый вход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, первый выход пятого элемента И - с первым выходом третьего одновибратора,вход которого подсоединен к первому выходу четвертого одновибратора, второй и третий счетчики, входы младших разрядов последнего из которых соединены с выходами шестых элементов И, первые входы которых подсоединены к выходам распределителя импульсов, и первый регистр, вход записи кода которого соединен через второй формирователь импульсов с первым входом третьего элемента ИЛИ,третий триггер отличающийся тем, что с целью повышения бытродействия и точности, в него ведены аналоговые сумматор и вычитатель, второй регистр, четвертый счетчик, логический инвертор. четвертый элемент ИЛИ, с седьмого по одиннадцатый элементы И и постоянное запоминающее устройство, выходы разрядов которого подсоединены к вторым входам соответствующих шестых элементов И, входы младших и старших разрядов ьдреса - к выходам и входам разрядов второго регистра соответственно, последние из которых соединены с выходами старших разрядов второго счетчика, а вход записи адреса постоянного запоминающего устройства подключен к выходу второго элемента И и объединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ и к выходу четвертого одновибратора, первый выход которого подсоединен к первому входу третьего элемента И и к входу второго формирователя импульсов, а второй выход - к второму входу пятого элемента И, выход которого соединен с счетным входом второго счетчика, третий вход пятого элемента И соединен с выходом генератора импульсов и объединен с первыми входами девятого и десятого элементов И, второй вход последнего из которых подсоединен к выходу логического инвертора, а выход - к счетному входу третьего счетчика, выходы старших разрядов которого соединены с входами разрядов первого регистра, вход установки "0" - с выходом второго формирователя импульсов, а вход управления режимом вычитания - с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к выходу четвертого элемента И, первый вход которого объединен с выходом управления режимом вычитания четвертого счетчика и соединен с первым выходом третьего триггера, второй выход которого подсоединен к первому входу четвертого элемента ИЛИ и к второму входу третьего элемента И, первый и второй входы - к выходам соответственно восьмого и седьмого элементов И, первые входы которых объединены и соединены с выходом первого формирователя импульсов, который соединен с первым входом одиннадцатого и вторым входом второго элемента И соответственно, а вторые входы седьмого и восьмого элементов И подсоединены соответственно к первому и второму выходам первого триггера, счетный вход которого соединен с первым входом первого элемента И, первый и второй входы переключателя подсоединены соответственно к выходам аналоговых сумматора и вычитателя, первые входы которых объединены и являются шиной преобразуемого напряжения, а вторые входы - объединены и являются шиной опорного напряжения, выходы разрядов первого регистра являются выходной шиной, второй выходтретьего одновибратора является шиной "Готовность" и соединен с вторыми входами четвертого элемента И и второго триггера, второй выход последнего из которых подсоединен к второму входу один надцатого элемента И, выход которого соединен с входом установки "0" второго счетчика, при этом выход второго одновибратора подсоединен к входу записи кода второго регистра, вход логического инвертора объединен с вторым входом девятого элемента И и соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, входы которого, кроме первого, подсоединены к соответствующим выходам разрядов чертвертого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом девятого элемента И, 17289685 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выход третьего элемента ИЛИ соединен со входом распределителя импульсов.В течение времени измерения То последовательно выполняются отдельные такты ; преобразования, на результат каждого из которых не оказывает влияние изменение коэффициента Кпреобразования ПНЧ, а суммирование результатов этих тактов за Т позволяет получить окончательный результат преобразования Ох в код и не терять дополнительные временные затраты, присущие известному преобразователю на получение величины поправки от изменения К.Исключение этих дополнительных затрат времени позволяет выполнять непрерывно интегрирование Ох без пропусков временных интервалов между Т, с окончанием каждого из которых получают новый результат преобразования, В каждом такте 1 сначала преобразуется в частоту 1 с напряжение Ос, полученное от суммирования входного Щ 1) и опорного Ос напряжений, а затем формируется частота Ь от преобразования напряжения Ов, получаемого от их вычитания. Длительность т равна сумме периодов двух этих частот,В связи с тем, что моменты начала и окончания Тс и с не могут возникать синхронно, то в результате преобразования могут иметь место дополнительные погрешности, которые уменьшаются в АЦП, благодаря вводу дополнительных средств,На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого АЦП; на фиг,2 - временная диаграмма его работы.АЦП содержит входные шины 1 и 2 для преобразуемого Ох и опорного О, напряжений, шины 3 результата преобразования, шину 4 готовности, преобразователь 5 напряжения в частоту импульсов ПНЧ, переключатель 6, у которого выход соединен с первым входом при наличии управляющего сигнала и с вторым входом при его отсутствии, аналоговые сумматор 7 и вычитатель 8 напряжений, с первого по четвертый счетчики 9 - 12, первый 13 и второй 14 регистры, распределитель 15,с первого по третий триггеры 16 - 18, с первого по четвертый одновибраторы 19-22, первый 23 и второй 24 формирователи импульсов, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 25, генератор 16 импульсов, логический инвертор 27, с первого по четвертый элементы ИЛИ 28-31, с первого по пятый элементы И 32-36, группу шестых элементов И 37, с седьмого по одинадцатый элементы И 38-42,Кроме того, обозначены (фиг.2) импульсы 43 - ПНЧ 5, сигнал 44 управления переключателем 6, импульсы 45 формирователя 23, сигналы 46 и 47 на выходах триггера 18, сигнал 48 на выходе элемента ИЛИ 31, сигнал 49 на выходе инвертора 27, импульс 50 переполнения счетчика 9, сигнал 51 на выходе триггера 17, импульсы 52 и 53 записи кодов в регистр 14 и в ПЗУ 25, сигналы 54 и 55 на выводах одновибраторов 22 и 21, сигнал 56 разрешения работы элемента И 36, временные интервалы 57 работы распределителя 15, сигнал 58 включения режима вычитания в счетчике 11 и импульс 59 формирователя 24,В АЦП шина 1 соединена с первыми входами сумматора 7 и вычитателя 8, шина 2 - с их вторыми входами, шины 3 - с выходами разрядов регистра 13, шина 4 - с вторым выходом одновибратора 21, с вторыми входами триггера 17 и элемента И 35, первый вход которого подсоединен к выходу управления режимом вычитания счетчика 12 и к первому выходу триггера 18, а выход - к второму входу элемента ИЛИ 29, первый вход которого соединен с выходом элемента И 34, з выход - с входом управления режимом вычитания счетчика 11, у которого выходы старших разрядов подсоединены к входам разрядов регистра 13, входы младших разрядов - к выходам элементов И 37, счетный вход - к выходу элемента И 41, а вход установки "0" кода - к выходу формирователя 24 и к первому входу элемента ИЛИ 30, выход которого соединен с входом распределителя 15, а второй вход - с входом записи адреса ПЗУ 25, с входом одновибратора 22 и с выходом элемента И 33, у которого первый вход подсоединен к первому выходу триггера 17, а второй вход - к первым входам элементов И 38, 39 и 42 и через формирователь 23 к выходу элемента ИЛИ 28, первый вход которого соединен с выходом ПНЧ 5, со счетным входом триггера 16 и с первым входом элемента И 32, а второй вход - через одновибратор 19 с выходом последнего, второй вход которого подсоединен к выходу генератора 26, к первым входам элементов И 40 и 41, к третьему входу элемента И 36 и к счетному входу счетчика 9, выход переполнения которого соединен с входом одновибратора 20 и с первым входом триггера 17, второй выход которого подсоединен к второму входу элемента И 42, выход которого соединен с входом установки "0" кода счетчика 10, у которого счетный вход подсоединен к выходу элемента И 36, а выходы старших разрядов - к входам разрядов регистра 14 и к входам старших разрядов адреса ПЗУ 25, младшие разряды из которых соединены с выходами разрядов регистра 14, вход записи кода которого подсоединен к выходу одновибратора 20, выходы ПЗУ 25 соединены с вторыми входами элементов И 37, первые50 55 входы которых подсоединены к выходамраспределителя 15, первый и второй выходы одновибраторов 21 и 22 соединены спервым и вторым входами элемента И 36соответственно, вход одновибратора 21 соединен с первым выходом одновибратора22, с входом записи кода регистра 13, свходом формирователя 24 и.с первым входом элемента И 35, второй вход которогоподсоединен к второму выходу триггера 18и к первому входу элемента ИЛИ 31, остальные входы которого соединены с выходамиразрядов счетчика 12, а выход - через инвертор 26 с вторым входом элемента И 41 ис вторым входом элемента И 40, выход которого подсоединен к счетному входу счетчика 12, первый и второй входы триггера 18соединены с выходами элементов И 39 и 38соответственно, вторые входы которых подсоединены соответственно к второму и первому выходам триггера 16, последний из нихобъединен с входом управления переключателя 6, у которого первый и второй входысоединены соответственно с выходами сумматора 7 и вычитатегя 8, а выход - с входомПНЧ 5.АЦП работает следующим образом;Преобразуемое напряжение Ох (т) суммируется с опорным напряжением Оо в сумматоре и вычитается из него в вычитателе 8,на выходе которых получаются напряженияОс= Оо+ Ох(с) и Ов = Оо - Ох(т). Эти напряжения с помощью переключателя 6 подключаются на вход ПНЧ 5, выходные импульсы 43которого поступают на счетный входтриггера 16, а его выходной си нал 44 управляетработой переключателя 6, Благодаря этомувыполняется поочередное преобразованиеОри Ов в частоты 1 с = ОпОс и 1 в = Кп ОвКаждое преобразование Ос или Ов проходитв течение одного периода этих частот тс =1 1 с и тв = 1 Лв, и длительность ц такта работы АЦП= тс+ тв.Если в ПНЧ 5 выполняется интегрирование преобразуемого напряжения и начало Ъпроисходит в моменты времени Т, то величины получаемых частотт.й.тт с.1 вт+фс 1 в"т.ссИспользуя отношение этих частот длякаждого т такта, можно из этого выраженияопределить величину временного интервала 1 р = 1 в - 1 с,и л - ;их() "Ут+ с+свт;е и -- и,тв т 5 10 15 20 25 30 35 40 45 откудат . 1 т+1 ф 1 Т+Е,с с вр - 5 ыиьс.5 и,) н 5 о,н;а.ио -, огВеличина йр соответствует интегралу входного напряжения за время а и на нее не оказывает влияние коэффициента Кп преобразования ПНЧ 5.Преобразование ср в код пр и использование временных интервалов сс и 1 в осуществляется с помощью импульсов частоты 1 генератора 26 пр =тра. Эти импульсы используются также для формирования времени То измерения Оф), что осуществляется с помощью счетчика 9, импульсы 50 переполнения которого возникают через временные интервалы То = ЙоПТак как импульсы 43 не имеют синхронизации с импульсами 1, то при определении пр и в работе других узлов АЦП могут возникать погрешности и сбои в моменты взаимного перекрытия этих импульсов. Для исключения этого в момент совпадения импульсов 1 и 43 срабатывает элемент И 32 и его сигнал передним фронтом запускает одновибратор 19, выходной сигнал которого объдиняется с импульсом 43 в элементе ИЛИ 28, увеличивая его длительность, По заднему фронту этого сигнала запускается формирователь 23, выходные импульсы 45 которого всегда сдвинуты относительно импульсов 1,Импульсы 45 проходят через элементы И 38 или 39 в зависимости от состояния триггера 16 на входы триггера 18 и записывают в нем код, соответствующий временному интервалу тс (при наличии сигнала 44) или интервалу тв, когда преобразуется ОвВыходные сигналы 46 и 47 триггера 18, соответствующие интервалам тс и тв, используются для управления работой других узлов АЦП,Сигнал 46, проходя через элемент ИЛИ 31, разрешает работу элемента И 40, через который импульсы 1 поступают в счетчик 12, образуя в нем код пс = тс 1, Когда сигнал 46 снимется, сигналы разрядов, в которых записан пс, проходят через элемент ИЛИ 31, образуя сигнал 48, который продолжает поддерживать работу элемента И 40. С появлением сигнала 47 в счетчике 12 включается режим вычитания и импульсы 1 в течение св уменьшают код пс до нуля, Через время, равное тс, в счетчике 12 установится "0" код, сигнал 48 снимается и элемент И 40 закрывается, На выходе инвертора 27 возникает сигнал 49, длительность которого 1 р = тв - тс, так как он снят с появлением новых сигналов 46 и далее сигнала 48, 1728968 12Сигнал 49 разрешает работу элемента И 41, через который на счетчик 11 поступают импульсы 1 и увеличивают в нем код на пр = тр 1 = (тв - тс)1 в каждом такте т работы АЦП,Если за время То выполнено целое число К тактов т т,е. импульсы 50 совпадают с началом первого Ъ и с концом последнего скв этих тактов, то в счетчике 11 получен коду , : - )" ий)сС учетом величины 1 = Мо/То получают 1 тогде Ох(То) = Х Ох(т)б 1 - среднееТоозначение преобразуемого напряжения заТо Ь= Оо Мо - квант АЦП,Величина Мр представляет собой результат преобразования среднего значенияО(т) за То в код, который не содержит погрешностей от изменения КпВ этом случае с каждым импульсом 50можно фиксировать точный результат преобразования за прошедший шаг То и поэтому импульсу начинается следующий шагпреобразования, Но фиксация результатовпреобразования по импульсам 50 в общемслучае может привести к дополнительнымпогрешностям, которые присущи известному АЦП, и они могут превышать два кванта,Эти погрешности возникают из-за того, чтоимпульс 50 может появиться в любое времяВ ТЕЧЕНИЕ Ъ ЧЕРЕЗ т 1 С ПОСЛЕ НацаЛа тс ИЛИЧЕРЕЗ 11 в ПОСЛЕ Нацава тв И ОЕЗУЛЬтат Пр ЭТОГОтакта не учитывается в Мр,Для устранения этих погрешностей вАЦП выполняется два режима его работы,Первый режим выполняется, когда имПУЛЬС 50 ПОЯВЛЯЕТСЯ ЧЕРЕЗ ВРЕМЯ т 1 с В ТЕЧЕние тс (первый импульс 50, фиг,2), Для этогослучая выполняемый такт т относится к первомУ 11 тактУ послеДУюЩего шага То 2 РаботыАЦП. При этом резугьтат последнего Ь такта выполненного шага Т,1 преобразованияувеличивается на величину пос, а результатнового первого т 1 такта уменьшается на этувеличину. Сама величина пос должна соответствовать интегралу входного сигнала,палУчЕннОмУ За вРЕмЯ т 1 с,Второй режим выполняется, когда импульс 50 появляется через время т 1 в в течение т 1 в в течение ъ (втоРой импУльс 50,фиг.2). Для этого случая выполняемый такт1 относится к последнему ск такту выполняемого шага То 1 преобразования. При этом 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 результат этого Ь такта уменьшается на величину п 9 в, а результат последующего шагаТог преобразования увеличивается на этувеличину, Величина пв должна соответствовать интегралу входного сигнала, полУЧЕННОМУ За ВРЕМЯ От КОНЦа т 1 в ДО КОНЦа 1 в,Для получения величин пос и пов в АЦПВЫПОЛНЯЕТСЯ ИЗМЕРЕНИЕ тс(Ъ) И 11 с (т 1 в) С ПОмощью счетчика 10, подсчитывающего импульсы за эти интервалы времени, С каждымимпульсом 45, проходящим через элемент И42, в счетчике 10 устанавливается "0" код, азатем формируется величина пс = тс(пв = тв 1),При возникновении импульса 50 в счетчике10 СфОРМИРОВаН КОД П 1 с = т 1 с т, (П 1 в = т 1 в т),ко"орый с помощью импульса 52, сформированного одновибратором 20 и сдвинутогоотносительно импульса 50, записывается врегистр 14, Подсчет в счетчике 10 продолжается до окончания тс (тв), после чего установка в нем "0" кода не происходит, так какимпульс 50 предварительно установил в "1"триггер 17 и снятие сигнала с его "0" выходазакрепила работу элемента И 42. Сигнал 51с "1" выхода триггера 17 разрешает работуэлемента И 33, через который проходит очередной импульс 45, формируя импульс 53.Последний запускает одновибратор 2, а егоимпульс 54 запускает одновибратор 21 свыходным импульсом 55.Сигналы с "0" выходов этих одновибраторов разрешают работу элемента И 36, через который импульсы 1 проходят на счетчик10 (время работы этого элемента соответствует сигналу 56). При возникновении сигналов 54 и 55 работа элемента И 36 на времяих длительности запрещается. Поэтому всчетчике 10 после окончания тс (св) находится код пс(пв).ПО ИМПуЛЬСу 53 КОДЫ П 1 с (П 1 в) И Пс(Пв)записываются в адресный регистр ПЗУ 25, вкотором хранится таблица предварительновычисленных величин поси пав и из которогоэти величины считываются по кодам адресаПс 1 И Пс(П 1 в И Пв).Для расчета величин п 9 с и пов, записываемых в ПЗУ, используются следующие соотношения.При выполнении первого режима работы АЦП длительностыс определяется частотой То й с:,- и,ц и.1 й:,и "и ил,сст 6где асс) - среднее значение сигнала Охза время тсВ АЦП величина К, выбирается из условия обеспечения длительности то = по/1 периода частоты 1 при преобразованииопорного напряжения Оо, т,е,1 о 1Кп=Оо ОоСоЧастота Ьо формируется в АЦП при преобразовании Ох = 0С учетом этой величины Кп из выражения1 с = 1/ПоСо Оо + Ох(Сс)можно получить величину временного инСстЕРВаЛа Срс = Со "Сс =Ох (Сс), КОтОРаЯОосоответствУет интегРалУ Ох(с) за сс, Этосправедливо для номинального значенияКп, с изменением котоРого в Срс возникаетпогрешность С р . Принимается во внимание, что изменение Кп незначительно, велиЧИНа СР ПО СРаВНЕНИЮ С Со таКжЕнезначительна, кроме того, сами величиныСс И Со ПО СРаВНЕНИЮ С То, КаК И В ИЗВЕСТНОМАЦП, не превышают одного временногокванта преобразования частоты в код, Поэтому возникновение сб. вызывает погрешность в результате преобразования,значительно меньшую одного кванта АЦП,но величина этой погрешности должна учитываться при установлении общей точностипреобразования,ПолУченное значение срс позволЯет опрЕдЕЛИтЬ ВЕЛИЧИНУ ИНтЕГраЛа Ох(С) За ВрЕМяС ассС 1 с, КатОРаЯ РаВНа - - С 1 с, а таКжЕ ВЕЛИСсчину пдс поправки, на которую изменяетсярезультат преобразования текущего и последующего шагов преобразования, С учетОМ СООтНОШЕНИй По=Со 1: Пс=Сс 1 ИП 1 с=С 1 с - 1 ВЕЛИЧИНа Этсй ПОПРаВКИПо ПсПдс =П 1 сПсВ соответствии с этой формулой можновычислять величину пдс для всех значенийПс И П 1 с И табЛИЦУ ЭТИХ ДаННЫХ ЗаПИСатЬ ВПЗУ, из которого код поправки пдс считывается по кодам старших и младших разрядовадреса, соответствующим значениям пс иП 1 сПри этом, если измение Ко приводит кпогрешности Св= пр 1, то в кодах адреса ПЗУцелесообразно иметь дискретность в и р,т.е. использовать старшие разряды кодов псИ П 1 с, ЧтО СущЕСтВЕННО уМЕНЬШаЕт ОбЪЕМзапоминающих ячеек ПЗУ из-за сокращения в этом случае количества рассчитываемых поправок пдс.В результате проведения аналогичногоанализа выполнения второго режима работы АЦП в течение интервала времени Св имеют следующие соотношения; 1 о -щ+св- к.- Си.-итаю = к.и,-иСава,сд 5 10 15 20 25 30 5 40 45 50 55 ГДЕ Ох(Св) - СРЕДНЕЕ ЗНаЧЕНИЕ СИГНаЛа Ох(С)За ВРЕМЯ Св, ОтКУДа11 в = Оо - Ох(Св);ОоСоСВ .Срв = Св-Со=Ох(Св),ОоВеличина, соответствующая интегралуОх(С) За ИНтЕреаЛ ВРЕМЕНИ ПОСЛЕ С 1 В дО ОКОНСовЧаНИЯ Св, РаВНа (Св - С 1 в), И ВЕЛИЧИНа ПОСвправки определяется выражениемПв ПоПдв = (Пв - П 1 в)ПвТаблица значений пдв для всех величинпв и п 1 в также записываетсЯ в ПЗУ, из которого считывание пдв осуществляется по коДаМ СтаРШИХ РаЗРЯДОВ ЗНаЧЕНИй ПВ И П 1 в, КаКи в первом режиме работы. При этом необходимо отметить, что значения пв и и, неперекрываются, всегда пвпсПосле записи импульсом 53 кода адресав регистр ПЗУ 25 на выходах его разрядовустанавливается код поправки пдс(пдв), который поступает на входы элементов И 37.Импульс 53 проходит через элементИЛИ 30 и запускает распределитель 15, навыходах которого последовательно во времени появляются импульсы (пачка импульсов в течение сигнала 57), Эти импульсыпроходят через те элементы И 37, которыена входах имеют "1" сигналы в разрядахкода пдс(пдв), на счетные входы соответствующих разрядов счетчика 11. Благодаря этому . выполняется поразрядноесуммирование пдс(пдв) с кодом, находящимся в счетчике 11.Для первого режима работы пдс суммируется с кодом, полученным в регистре 11 заТо прошедшего шага преобразования, Длявторого режима работы пдв должно бытьвычтено из этого кода, поэтому в счетчике 11включается режим вычитания по сигналу 58,который образуется в элементе И 34 от сигналов 54 и 46 и проходит через элемент ИЛИ29 на вход управления режимом вычитания.После окончания суммирования (вычитания) код счетчика 11 записывается в регистр 13 по заднему фронту сигнала 54 иодновременно запускается формирователь24, импульс 59 которого устанавливает "0"код в счетчике 11 и, проходя через элементИЛИ 30, вновь запускает распределитель15. Благодаря его работе в течение второгосигнала 57 для первого режима выполняется вычитание пдс в счетчике 11, так как включен этот режим сигналом 58сформированным в элементе И 35 от сигналов 55 и 47, а для второго режима выполняется суммирование пдв, что соответствуе510 15 20 25 30 35 40 50 записи этого кода в счетчик 11. Таким образом выполняется рассмотренная необходимость внесения поправок для двух режимов работы АЦП,Внесение этих поправок, как вначале каждого шага преобразования п(п так и через Т 0 в его конце, пцс, (пцвПт+то, позволяет учитывать интегралы Ох(1) за временные интервалы, меньше тактов 1 работы АЦП, и тем самым в счетчике 11 получить код Кр, соответствующий интегралу О за время Т 0 его измерения в каждом шаге преобразования, также как в рассмотренном случае выполнения целевого числа К тактов т преобразования за Т т.е.Мр: Е ггр - Ъ с(пь гас Ггг Яраг1т г1 1 лк г го)= - Хи, гг) г 1 = - "Получение величины прь пппб и пппб связано с квантованием временных интервалов, поэтому они могут иметь погрешности, которые при суммировании войдут в Мр. Временной квант работы АЦП (1 = 1/т) и другие параметры преобразователя выбираются из условия, цтобы эта суммарная погрешность в результате преобразования Мр не превышала одного кванта Лр результата преобразования(ЛрЛввыражениидля Щ, В связи с этим в качестве результата пробразования используются старшие разряды кода Хр,С окончанием каждого шага Тсг преобразования Ох(т) импульсом 54 код из старших разрядов счетчика 11 записывается в регистр 13, с выходов которого он передается по шинам 3, а о его готовности информирует импульс 55, передаваемый по шине 4,Таким образом в предлагаемом АЦП результат преобразования получается с окончанием каждого шага Т 0 преобразования и не требуются дополнительные затраты времени на его подготовку к следующему шагу преобразования, Поэтому в АЦП выполняются соприкасающиеся во времени шаги преобразования по Т 0, и результаты преобразования соответствуют интегралам Щт) за каждый из этих шагов преобразования, что повышает его быстродействие, Благодаря использованию при формировании результата преобразования поправок пдву и пппб, которые соответствуют временным интервалам 11 с и 11, имеющим меньшие величины по сравнению с временным квантом известного АЦП при преобразовании частоты в код, в АЦП можно уменьшить квант его работы и тем самым повысить его точность,П р и м е р. Максимальная частота Ь работы ПНЧ и длительность одного шага преобразования Т 0 = Мгп/Ьгп одинаковы с известными максимальный преобразуемый1сигнал Огп равен - О 0. При преобразовании2О, = Огп получают Ос = 3 О и О. = О, Еслипринять, что тс = 1/Ъ, то тв = 3/гп, тр = 2/Ьи каждый такт преобразования имеет длительность а = 4/тгп,При преобразовании Ох = 0 эти длительности равны: тс = 1 в = Ъ = 3/2 тгп и а = 2 т ==3/ггп,Поэтому при различных уровнях Ох заодин шаг Тг выполняется К = То/Ъ тактов,число которых изменяется от1 14- йгп при Ох= Огпдо - йгп при Ох=О.3Получаемый в счетчике 11 код йр содержит суммарную погрешность от выполнения суммирования результатов пр всех этихтактов, а также погрешность от двух поправок пяс и п 9 В,В известном АЦП наибольшая погрешность, возникающая из-за временного квантования при измерении частоты 1 х за Т 0,определяется двумя квантами 1/тгп. Дл яуменьшения этой погрешности, например, в8 раз, т.е, для получения наибольшей погрешности, соответствующей 0,25/бп, впредлагаемом АЦП можно принять следующие распределение наибольших погрешностей: 0,1/тгп - для погрешности поправок и0,15/1 гп - для суммарной погрешности всехтактов а работы, в каждом из которых наибольшая погрешность составляет два временных кванта т = 1/, формируемыхгенератором импульсов. Откуда 0,15/Ь =2 КЛ или 1 = 13,3 КЬгп, Это определяет соотношения между частотой работы генератора и максимальной частотой ПНЧ;3 Игп бгп = 4,4 йгп 1 гп,13,3С учетом величин 1 и соответствующей ейдлительности такта 1 работы АЦП наибольшая погрешность в Кр равна величине0,251 =- 0,25 4,4 М гп = 1,1 М гп.1 гпВ соответствии с этой величиной должнавыбираться величина Лр и вес разряда всчетчике 11, который соответствует младшему разряду регистра 13 и кода результата Хр.При этом для рассматриваемого примераемкость старших разрядов счетчика 11, вкоторых формируется код Хр, должна бытьне менее 8 Йгп.Временной квант 1 работы АЦП и наибольшие временные интервалы работы других счетчиков при преобразовании Ох = Огппозволяет определить для этого примера ихемкости,Для счетчиков 10 и 12 эти наибольшие временные интервалы равны с, поэтому их емкость должна быть не менееИв 1 в1=31/Ь = 13,2 МСчетчик 11 работает в течение времени К тактов по срь за которые подсчитано с учетом п и пяз й импульсов:ИР=(К 2)( 4 +2)88 йв=22 й . Поэтому его емкость должна быть не менее этой величины. Емкость счетчика 9 определяетсяя величиной йо = То 1 = Мв 1 Лв = 4,4 йщРассмотренный пример увеличения в 8 раз точности работы известного АЦП при реализации в АЦП не вызывает каких-либо трудностей, Так для 10-разрядного АЦП с йщ = 2 То= 20 мс и 1 - 50 кГц частотаогенератора должна быть 1 = 220 мГц, число разрядов в регистре результата преобразования должно быть увеличено на три по сравнению с известным, а в ПЗУ можно иметь с запасом 256 восьмиразрядных ячеек и выполнить его, например, на интегральных схемам программируемой постоянной памяти 556 РТ 5 и на буферном регистре 589 ИР 12,Все это показывает, что в предлагаемом АЦП достигнуто повышение быстродействия и точность работы преобразователя,Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий пять элементов И и переключатель, управляющий вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а выход - с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к первым входам первых элементов И и ИЛИ, выход и второй вход последнего из которых соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов непосредственно и через первый одновибратор - с выходом первого элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и объединен с счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен с входом второго одновибратора.и с первым входом второго триг-ера, первый вход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, выход гретьего элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, а первый вход пятого элемента И - с первым выходом третьего одновибратора, вход которого подсоединен к первому выходу четвертого одновибратора, второй и третий счетчики, входы младших разрядов последнего из которых соединены с выходами шестых элементов И, первые входы которых подсоединены к выходам 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 распределителя импульсов, и первый регистр, вход записи, кода которого соединен через второй формирователь импульсов с первым входом третьего элемента ИЛИ, третий триггер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него ведены аналоговые сумматор и вычитатель, второй регистр, четвертый счетчик, логический инвертор, четвертый элемент ИЛИ, с седьмого по одиннадцатый элементы И и постоянное запоминающее устройство, выходы разрядов которого подсоединены к вторым входам соответствующих шестых элементов И, входы младших и старших разрядов адреса - к выходам и входам разрядов второго регистра соответственно, последние из которых соединены с выходами старших разрядов второго счет-. чика, а вход записи адреса постоянного запоминающего устройства подключен к выходу второго элемента И и объединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, и к входу четвертого одновибратора, первый выход которого подсоединен к первому входу третьего элемента И и к входу второго формирователя импульсов, а второй выход - к второму входу пятого элемента И, выход которого соединен с счетным входом второго счетчика, третий вход пятого элемента И соединен с выходом генератора импульсов и объединен е первыми входами девятого и десятого элементов И, второй вход последнего из которых подсоединен к выходу логического инвертора, а выход - к счетному входу третьего счетчика, выходы старших разрядов которого соединены с входами разрядов первого регистра, вход установки "ноль" - с выходом второго формирователя импульсов, а вход управления режимом вычитания - с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к выходу четвертого элемента И, первый вход которого объединен с входом управления режимом вычитания четвертого счетчика и соединен с первым выходом третьего триггера, второй выход которого подсоединен к первому входу четвертого элемента ИЛИ и к второму входу третьего элемента И, первый и второй входы - к выходам соответственно восьмого и седьмого элементов И, первые входы которых объединены и соединены с выходом первого формирователя импульсов, который соединен с первым входом одиннадцатого и вторым входом второго элементов И соответственно, а вторые входы седьмого и восьмого элементов И подсоединены. соответственно к первому и второму выходам первого триггера, счетный вход которого соединен с первым входом первого элемента И, первый и второй входы переключателя