Преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой код

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик лф,г,. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 26.03,81 (21) 3265814/18-21 151 М. КЛ.З Н 03 К 13/02 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по делан изобретений и открытийОпубликовано 15,10.82. Бюллетень М 9 38 Дата опубликования описакия 15,10,82(72) Авторы изобретения Е.Л.Кон, Н.Н.Матушкин и А.А.Южаков Заявите мский политехнический институт 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ ПЕРЕМЕН НАПРЯЖЕНИЯ В ЦИФРОВОЙ КОДявляе родей ыходк пер Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования в качестве пер-вичного преобразователя для устройствввода ЦВМ,Известны преобразователи ампли.тудных значений переменного напряжения в код, которые предполагают использование преобразователей с промежуточной памятью 1;13Однако данные преобразователиимеют низкую точность и относитель-.но высокую сложность структуры.Наиболее близким по техническойсущности кпредлагаемому являетсяустройство измерения амплитуды периодически изменяющегося напряжения,которое содержит блок запуска, генератор импульсов, ключи, ячейкипамяти, компараторы, генератор,фаэовращатель, узел совпадения, соединенные между собой определенным образом 2.Однако указанное устройство необладает необходимым быстродействием, что обусловлено, главным образом,сравнительно большим временем формиро"вания вспомогательного напряжения,амплитуда которого принимается эа амплитуду измеряемого на яжения, итребуемой точностью, так ак запоминание двух величин проис дит в аналоговой форме.Целью изобретения тся повышение точности и быст ствия преобразователя.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь амплитудыпеременного напряжения в цифровойкод, содержащий блок запуска, входкоторого соединен с входной шиной,генератор изменяющегося напряжения,первый и второй выходы которого соответственно подключены к первымвходам первого и второго компараторова первый и второй выходы генератораимпульсов соответственно соединеныс первыми входами первого и второгоключей, введены третий ключ, первыйи второй реверсивные счетчики и множительно-делительный блок, причемвторые входы компараторов соединеныс входной шиной, выход первого ком 25 паратора подключен к вторым входампервого и второго ключей, выходамиподключенных к входам вычитания соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, в второго 30 компаратора йодключен вому входутретьего ключа, второй вход которого соединен с первым входомпервого ключа, а выхтт подключен квходам сложения перв, о и второгореверсивного счетчиков, входы обнуления которых соединены с первым 5выходом блока запуска, вторым выходом подключенного к входу генератора изменяющегося напряжения, а выходы реверсивных счетчиков соответственно подключены к первому и второмувходам множительно-делительного блока.На фиг.1 приведена структурнаясхема преобразователя амплитуды переменного напряжения в цифровой код;на фиг.2 - диаграмма, поясняюцаяработу преобразователя.Преобразователь содержит входную шину, соединенную с блоком 1запуска и с вторыми входами компараторов 2 и 3, причем первый выход блока 1 запуска соединен с генератором 4 изменяющегося напряжения, выходы которого подключены кпервым входам компараторов 2 и 3.Вход ключа 5 соединен с выходом компаратора 2, а входы ключей 6 и 7соединены с выходом компаратора 3.Выходы генератора 8 импульсов соединены с информационными входами ключей 5,6 и 7. Выход ключа 5 соединенс суммирующими входами реверсивныхсчетчиков 9 и 10, выходы ключей би 7 подключены соответственно к вычитающим входам реверсивных счетчиков 9 и 10 , Выходы реверсивных счетчиков 9 и 10 соединены соответственно с входами множительно-делительного блока 11. Обнуляющие входы реверсивных счетчиков 9 и 10 соединены свторым выходом блока запуска 1.Преобразователь работает следую" 40щим образом.В момент времени, когда О е(й) =О,срабатывает блок 1 запуска, которыйобнуляет реверсивные счетчики 9 и10 и запускает генератор 4 изменяющегося напряжения, напряжение надвух выходах которого начинает возрастать с различной скоростью. Вследуюций момент времени открываютсяключи 5,6 и 7 и импульсы с генератора 8 импульсов поступают на входы реверсивных счетчиков 9 и 10,причем состояние реверсивного счетчика 9 не изменяется, так как частоты следования импульсов по сложению и вычитанию равны Ер, а состояние реверсивного счетчика 10 изменяется, так как на вычитающий входпоступают импульсы с частотой Е /2,а на суммирующий вход - с частотойЕ. Ключи 5,6 и 7 из условий функционирования реверсивных счетчиков 9и 10 должны Формировать инверсныесинфазные выходные сигналы. Однакосостояние счетчиков 9 и 10 изменяется на +1 по переднему Фронту импуль- б 5са с ключа 5, и на -1 по заднему Фронту импульсов с ключей б и 7. Таким образом, сигналы на суммирующий и вычитающий входы счетчиков 9 и 10 поступают не одновременно, а раздельно, через время, определяемое длительностью импульса Е,.В момент равенства входного напряжения и напряжения на первом выходе генератора изменяющегося напряжения срабатывает компаратор 3.Сигнал компаратора 3 закрывает ключи б и 7. Состояние реверсивногосчетчика 9 не изменяется, т.е. М =О, В реверсивном счетчике 10 записано число И ,пропорциональное величине 0,51, так как на его суммируюций вход поступают импульсы с частотой Е , а на вычитающий - с частотой Ее/2.В момент равенства входного напряжения и напряжения во втором выходе генератора изменяющегося напряжения 4 срабатывает компаратор 2. Сигнал с компаратора 2 закрывает ключ 5. В реверсивном счетчике 9 записано, число Из, пропорциональное разности времени й и С , т,е. момент равенства входногонапряжения и напряженияна первом выходе генератора изменяюцегося напряжения;момент равенства входногонапряжения и напряжения навтором выходе генератораизменяюцегося напряжения;коэффициент пропорциональностигде й Ке Б реверсивном счетчике 10 записано число Я 4 пропорциональное разности времейи с и 0,5 й, т,е.1И = К (й - 0,5 С ). И(0 ) К М (у+) где М(Б .) - выходной код преобразоМвателя, пропорциональныйамплитуде входного сигнала;.М - код пропорциональныйразности времени й изаписанный в реверсивном счетчике 9;Х 4 - код, пропорциональныйразности времени С. и0,5 й, записанный в реверсивном счетчике 10. Дальнейшее преобразование осуцествляется в множительно-делительном блоке 11 по следуюцему алгоритмуПроизводится фиксация двух мгновенных значений измеряемого напряжения, временной интервал между которыми задается различными коэффициентами крутизны характеристики навыходах генератора изменяющегося напряжения, и сравнение их с напряжением этого генератора.Таким образом, в результате преобразования на выходе множительноделительного блока 1 будет код, пропорциональный амплитуде входного . сигнала.При переходе через "0" иэмеряемого напряжения реверсивные счетчики9 и 10 обнуляются по сигналу блока 15запуска 1. Кроме того, блок запуска1 переключает направление нарастаниянапряжения на выходах генератора изменяющегося напряжения на противоположное, что обеспечивает повторяющий Ося цикл измерения амплитуды другой полярности.Предлагаемый преобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой код позволяет сократить 25 время преобразования до времени меньшего, чем половина периода входного сигнала, так как определение кодов, пропорциональных разности времен с -и 1, с и 0,5 й меньше Тх/2, где, Т - период входного сигнала, а вычислительные операции выполняются в дйскретном множительно-делительном блоке с высоким быстродействием. Это позволяет в 2 Ь раэ повысить быстродействие по сравнению с извест- З 5 ным устройством, где и - число периодов входного сигнала, необходимых для формирования вспомогательного напряжения, амплитуда которого принимается за амплитуду измеряемого на пряжения.Кроме того, предлагаемый преобразователь позволяет измерять амплитуду переменного напряжения неизвестной частоты, повысить точность пре образования благодаря введению памяти на дискретных элементах,. формула изобретенияПреобразователь амплитуды переменного напряжения в цифровой .код, содержащий блок запуска, вход которого соединен с входной шиной, генератор изменяющегося напряжения,первМи второй выходы которого соответственно подключены к первым входам первого и второго компараторов, а первый и второй выходы генератора импульсов соответственно соединены с первыми входами первого и второго ключей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности преобразования, введены третий ключ, первый и второй реверсивиые счетчики и множительно-делительный блок, причем вторые входы компараторов соединены с входной шиной, выход первого компаратора подключен к вторым входам первого и второго ключей, выходами подключенных к входам вычитания соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, выход второго компаратора подключен к первому входу третьего ключа, второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, а выход подключен к входам сложения первого и второго реверсивного счетчиков, входы обнуления которых соединены с первым выходом блока запуска, вторым выхо дом подключенного к входу генератора изменяющегося напряжения, а выходы реверсивных счетчиков соответственно подключены к первому и второму входам множительно-делительного блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. "Приборы и техника эксперимента", 1974, 9 6, с.95.Г 2. Авторское свидетельство СССР В 538304, кл.б 01 К 19/04, 06.06,74,00/76 Тираж 959 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 3035, Москва, Ж, Раушска