Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

О Л И С А Н И Е (п)769734ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Ресоублик(45) Дата опубликования описания 07.10.80) Автор изобретения В, И. Тимофеев Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения) Заявитель АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 4) СПОИ 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 напряжения 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 по 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 интегра- З тора 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 11,Недостатками способа и устройства являются низкое быстродействие отработки ошибки с постоянной скоростью, равной единице младшего разряда за цикл преобразования, что обусловлено постоянной времени интегрирующей цепи.Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на подключении первого эталонного напряжения к преобразователю напряжение - частота, формировании номинального времени измерения путем подсчета импульсов эталонной частоты, равного номинальному значению множителя калибровки, с одновременным подсчетом импульсов частоты, пропорциональной первому эталонному напряжению за сформированное время, подключении второго эталонного напряжения к преобразователю напряжение - частота, подсчете количества импульсов частоты, пропорциональной второму эталонному напряжению, до значения, равного разности номинального значе60 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 в частот, 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 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 эталонного напряжения, а устройство для реализации способа содержит преобразователь напряжение в часто, 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 С/, аналоговые переключатели 4, 5, б, преобразователь 7 напряжение в часто, блок 8 управления, элементы И 9 - 13, элемент ИЛИ 14, генератор 15 эталонной частоты, реверсивные счетчики 1 б, 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. 1-1 а первом подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 4 подключает источник 1 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота Р,:: 01 + Ртгде Ео; - начальная частота преобразователя;К; - крутизна преобразователя,Частота г, поступает через элемент И 12, на который подано разрешение с седьмого выхода блока 8, на время 1 = 1 сопв 1 на суммирующий вход реверсивного счетчика 17, в котором за время 1, поступит количество импульсов У,:5Ж, = Р, = г(Р + К;У ).На втором подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота Г,:г: оз+ % оЧастота Р, поступает через элемент И 11, на который подано разрешение с шестого выхода блока 8, на время 1, = 11 на вычитающий вход реверсивного счетчика 17, в который за время 1, поступит количество импульсоВ Л 2.т а - сопзГэ - соз 1 ( о 1+ Ро)После первых двух подтактов калибровки в реверсивном счетчике 17 будет запис а но количество импульсов Л,:Ж, = Ж, - Ж, -- - г., К; (с- - У )На третьем подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется частота Р 2, 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 Рзт с выхода генератора 15 поступают на вход суммирующего счетчика 18. На потенциальные входы двоичного умно- жителя 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 Рз:рэтЛзз - 1Л,где Х, - код в реверсивном счетчике 17:Л 4 - емкость реверсивного счетчика 17и суммирующего счетчика 18.Импульсы с частотой Рз 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 заканчива- ЕТСЯ ВРЕМЯ 1 З = 1 изз (ВРЕМЯ тРЕтЬЕГО ПОД- такта);Лз ЛзЛизи -з этзЗд ВРЕМЯ 1 зз На Вычнтаю 1 ЦИЙ ВХОД РЕ- версивного счетчика 16 через элемент И 10, па который подано разрешение с пятого выхода блока 8, поступит количество импульсОВ Л,:ио = Гизи,Гэ = (о 1 т Ро)этз 769734На втором такте - такте измерения -блок 8 через аналоговый переключатель 6 подключает источник 3 на вход преобразователя 7, на выходе которого формируется5 частота Р:Р= . + К,.У,Частота Р, 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 З (ВРЕМЯ 1 З = 1 з, фсрМИруЕтСЯ КаК На третьем подтакте калибровки) поступит количество импульсов Жт:,=изз, и -=(о 1+Рк)эт ЛзПосле такта измерения в реверсивномсчетчике 16 будет записано количество имипульсов Лпит:Л,и =-- , =этзз25 эт сопз 1 К Яи - о) т - огдеА== сопз 1,Л з%этсопз 1Таким образом, на результат аналогоцифрового преобразования не влияют систематические погрешности преобразователя 7,погрешность ухода нуля (Р) и погрешность изменения крутизны (К;).Устройство, обработав результаты измере 1 шя напряжений от источников 1, 2, формирует время измерения (1 иззп) и начальную установку (Х,), которые компенсируютуход характеристик преобразователя 7 при40 измерении измеряемого напряжения нулевая частота (Ро;) и крутизна (К;),Ф о р мул а изобретения1. 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 тличающийся 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 зна ченне этого эталонного напряжения,769734 оставптсль А. Тито ктор М, Гаврилов хрсд И. Пенч едактор Б. федотов Изд. М 504 Тираж 995осударственного комитета СССР по делам изобретений и 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4,5 аказ 48/1НПО Поиск дписно корытин Типография, по. Сапунова 2. Устройство для осуществления способа по п, 1, содержащее преобразователь напряжение в часто, 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 реверсивногосчетчиков, а выход соединен с входом втс,рого суммирую 1 цего счетчика, выход которого соединен с входом блока управления,входы элемента ИЛИ соединены с четвер.тым и пятым выходами блока управления,первый вход пятого элемента И соединенс выходом генератора эталонной частоты,10 второй вход соединен с выходом элементаИЛИ, а выход соединен с входом первогосуммирующего счетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеГ 5 1. Авторское свидетельство СССР415679, кл. 6 06.1 3/00, 1973.2. Патент США 3633202, кл,340-347 АР,1972 (прототип),