Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) 01) К 13/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(72)А, П. Стахов, 8. И, Моисеев, А. Д. Азаров и В. Я. Стейскал (71) Винницкий политехнический институт (53) 681.325(088.8)Ьб) 1, Авторское свидетельство СССР В 379979, кл. Н 03 К 13/17, 19712. Авторское свидетельство СССР й 768372, кл, Н 03 К 13/02, 1980 (прототип).(54)(5) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ОРЕОБРАЗО" ВАТЕЛЬ, содержащий блок управления, цифро-аналоговый преобразователь, блок развертки кода, первый блок элементов И по числу разрядов,. первый блок элементов ИЛИ почислу разрядов, блок определения знака, элемент сравнения, первый вход которого подключен к входной, шине аналого-цифрового преобразователя, второй вход элемента сравнения соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с первым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с первым входом блока развертки кода, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя первым входом первого бло ка элементов И, первым входом первого блока элементов ИЛИ, о т л и" ч а ю щ и,й с я тем,:что, с целью повышения точности преобразования, в него введены блок свертки"развертки кода,. блок памяти, блок обращения кода, второй блок элементов И по чис; яу разрядов, второй блок элементов ИЛИ по числу разрядов, выход которого соединен с первым входом блокасвертки-развертки Кода, с первым входом блока обращения кода, с вторымвходом блока управления, первый входсоединен с выходом блока свертки-развертки кодавыходной шиной, вторыми входами первого блока элементовИ и первого блока элементов ИЛИ,первыми входами блбка определениязнака и второго блока элементов И,второй вход " с вторыми входами блокасвертки-развертки кода, второго блока элементов И, блока определениязнака и выходом блока обращения кода,второй вход которого соединен с выходом второго блока элементов И, третьими входами блока свертки-разверткикода и блока управления , третий вход.с вторым выходом блока управления,четвертый выход - с первым входом первого блока элементов ИЛИ и четвертым входом блока свертки-разверткикода, пятый вход - с четвертымвходом управления и выходом блокапамяти, первый вход которого соединен с выходом блока определения знака и пятым входом блока управления,второй вход - с выходом первого блока элементов ИЛИ, третий вход - стретьим выходом блока управления,четвертый выход которого соединен спятым входом блока свертки-разверт"ки кода, шестой вход которого соединен с выходом первого блока элементов ИЛИ, вторым входом блока развертки кода и шестым входом блока управления, пятый выход которого соединен с третьим входом блока определениязнака, 1 102Изобретение относится к цифровойизмерительной технике и используетсядля преобразования аналоговых вели.-,чин в цифровые,Известен преобразователь напряжения в код с системой самоконтроля иавтокоррекции нуля, содержащий нульорган, преобразователь код-напряжение, регистр, ключи, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ 11.Недостатком преобразователя является низкая точность преобразования,Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управ-ления, цифро-аналоговый. преобразователь, блок развертки кода, блокприведения кода к минимальной форме,блок элементов И по числу разрядов кода, блок элементов ИЛИ по чис.лу разрядов кода, блок определениязнака, элемент сравнения, первыйвход которого подключен к входнойшине аналого-цифрового преобразователя, второй вход соединен свыходом цифро- аналогового преобразователя. а выход соединен с первым входом блока управления, причем первый вход блока управления соединен спервым входом первого блока развертки кода, выход которого соединенс входом цифро-аналогового преобразователя., входом блока определения знака, первым входом блока элементов И,первым входом блока элементов ИЛИ ипервым входом второго блока развертки кода, второй выход блока управления соединен с вторым входом второго блока развертки кода, выход которого соединен с вторым входом блока элементов ИЛИ и вторым входом блока элементов И, выход которого соединен с третьим входом второго блока развертки кода, вторым входомпервого блока развертки кода и вторым входом блока управления, выходблока элементов ИЛИ соединен с информационным входом блока приведения кода к минимальной форме, третий выход блока управления соединен суправляющим входом блока приведения к минимальной форме, выход ко"торого соединен с первой выходнойшиной, выход блока определения знакаподключен к второй выходной шине 2,Недостатком преобразователя является низкая точность преобразователя,815 2Цель изобретения - повышение точности преобразования аналого-цифрового преобразователя.Поставленная цель достигается 5 тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления,цифро-аналоговый преобразователь,блок развертки кода, первый блокэлементов И по числу разрядов кода, 10 первый блок элементов ИЛИ по числуразрядов кода, блок определениязнака, элемент сравнения, первыйвход которого подключен к входнойшине аналого-цифрового преобразо вателя, второй вход элемента сравнения соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя., а выходсоединен с первым входом блока управления, причем первый выход блока 20 управления соединен с первым входомблока развертки кода, выход которогосоединен с входом цифро-аналовогопреобразователя, первым входом первого блока элементов И, первым входом 25 первого блока элементов ИЛИ, введеныблок свертки-развертки, блок памяти, блок обращения кода, второй блокэпементов И по числу разрядов, второйбпок элементов ИЛИ па числу разрядов, З 0 выход которого соединен с первым входом блока свертки-развертки кода, спервым входом блока обращения кода ивторым входом блока управления, первый вход соединен с выходом блока 35свертки-развертки кода, выходной шиной, вторыми входами первого блокаэлементов И и первого блока элементовИЛИ, первыми входами блока определения знака и второго блока элементов 40 И, второй вход - с вторыми входамиблока свертки-развертки кода, второгоблока элементов И, блока определениязнака и выходом блока обращения кода,второй вход которого соединен с вы ходом второго блока элементов И, третьими входами блока свертки-развертки кода и блока управления, третий,вход - с вторым выходом блока управления, четвертый выход - с первым 50входом первого блока элементов ИЛИи чет вертым входом блока свертки-раз.вертки кода, пятый вход - с четвертымвходом управления и выходом блокапамяти, первый, вход которого соединенс. выходом блока определения знака и 55 пятым входом блока управления, второй - с выходом первого блока элементов ИЛИ, третий вход - с третьим выходом блока управления, четвер310278тый выход которого соединен с пятымвходом блока свертки-развертки кода,шестой вход которого соединен с выходом пеового блока элементов ИЛИ,вторым входом блока развертки кода и 5шестым входом блока управления, пятый выход которого соединен с третьим входом блока определения знака.На чертеже представлена Функциональная электрическая схема аналого цифрового преобразователя.Устройство содержит входную шину 1 преобразователя, элемент.2 сравнения, цифро-аналоговый преобразователь 3, блок 4 развертки кода, блок 155 управления, блок б определения знака, первый блок 7 элементов И, первыйблок 8 элементов ИЛИ, блок 9 сверткиразвертки кода, блок 10 памяти, блок11 обращения кода, второй блок 12 20элементов И, второй блок 13 элементов ИЛИ, выходная шина 14 аналого-цифрового преобразователя,Входная шина 1 аналого-цифрового.преобразователя соединена с первым 25входом элемента 2 сравнения, второйвход которого соединен с выходом цифра-аналогового преобразователя 3. Выход элемента 2 сравнения соединен спервым входом блока 5 управления, Зообеспечивающего Функционированиепредлагаемого устройства, Первый вы"ход блока 5 управления соединен спервым входом первого блока развертки кода осуществляющего операцию раэЗ 5вертки кода, Выход блока 4 разверткикода соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 3, первым входомпервого блока 7 элементов И, первымвходом первого блока 8 элементов ИЛИ,40вторым входом блока 9 свертки-развертки, осуществляющего операции развертки и приведения кода к минимальнойформе и четвертым входом блока 11обращения кода, Выход блока 9 свертки 45развертки соединен. с вторым входомпервого блока 8 элементов ИЛИ, вторымвходом первого блока 7 элементов И,осуществляющего Функцию выделения сов.падений единичных состояний разрядовблока 4 развертки кода и блока 9 свертки-раэвертки кода, первым входомвторого блока 12 элементов И, первымвходом второго блока 13 элементов ИЛИ,Выход первого блока 7 элементов .И соЯединен спервым входомблока 9 сверткиразвертки кода,с вторым входом блока4 развертки кода исо вторымвходом бло"ка 5 управления. Выход первого блока 8 элементов ИЛИ, служащего для объединения выходов блока 4 развертки кода и блока 9 свертки-развертки кода, соединен с первым входом блока 1 О памяти, который хранит погрешности разря-., дов цифро-аналогового преобразователя, второй, вход которого соединен с выходом блока 6 определения знака , выполняющего функции определения знака погрешности . Выход блока 10 памятисоединен сшестым входомблока 5 управленив, с пятым входом блока 11 обращения кода, осуществляющего операцию обращения кода, Выход блока 11 обращения кода соединен с четвертым входом блока 9 свертки-развертки, третьим входом блока 6 определения знака,вторым входомвторого блока 12 элементов И, вторым входом второго бло" ка 13 элементов ИЛИ, причем первый вход соединен с выходом второго блока 12 элементов И, осуществляющегоФункции выделения совпадений единичных состояний разрядов блока 9 свертки-развертки кода и блока 11 обращения кода, рторой вход соединен с выходом второго блока 13 элементов ИЛИ, осуществляющего функции выделения появлений единичных состояний разрядов блока 9 свертки-развертки или блока 11 обращения кода, третий вход соединен с четвертым выходом блока 5 управления, четвертый выход которого соединен с третьим входом блока 10 памяти, а третий вход соединен с выходом блока 6 определения знака. Выходом блока 9 свертки-развертки яа.ляется выходная шина 14 аналого-цифрового преобразователя.Аналого-цифровой преобразователь работает в режиме метрологического контроля и непосредственного преобразования аналоговой величины в цифровой код с коррекцией.Иетрологический контроль аналогоцифрового преобразователя осуществля ется на основе сравнения различных кодовых представлений, соответствующих одному и тому же значению входной аналоговой величины в минимальной Форме и производится для определения линейности выходной характеристики АЦП. Он осуществляется за четыре цикла путем подачи на вход ступенчатонарастающей. аналоговой величины, число ступеней которойдолжно соответствовать числу разрядов выходного кода, причем 1-я сту1027815 30 3пень используется для контроля 1-горазряда АЦП.В первом цикле происходит поразрядное преобразование входной аналоговой величины, подаваемой на вход , вцифровой код, В этом цикле участвуютследующие блоки: элемент 2 сравнения,ЦАП 3, блокуправления и блок 11 развертки кода, функционирующий в данномслучае как регистр, Номер старшего 1 Означащего разряда кодовой комбинации.сформированной в процессе поразрядного преобразования в блоке 4 развертки кода, совпадает с номером проверяемого разряда АЦП, 15Во втором цикле происходит перепись кодовой комбинации из первоГоблока 4 развертки кода в блок 9 свертки-развертки кода,которыйфункционирует вданном случае как регистр,иустановка в 20нулевое состояние блока М разверткикода, Затем происходит процесспоразрядного преобразования входнойаналоговой величины, подаваемой навход, до момента совпадения стар- р 5щего значащего разряда кода, формируемого в блоке ч развертки кода, истаршего значащего разряда кода,сформированного в первом цикле . Приналичии такого совпадения первыйблок 7 элементов И вырабатываетсигнал, по которому старший значащий разряд кода, формируемого в бло.ке ч развертки кода, устанавливается в нулевое состояние. Дальнейшее кодирование входной аналоговойвеличины происходит при помощи оставшихся младших разрядов, причем,установка в нулевое состояние совпадающих значащих разрядов не производится. По окончании второго циклавходная аналоговая величина представлена двумя различными кодовыми комбинациями, В третьем циклеобеспечивается получение разностиэтих кодовых комбинаций. В случаеотклонения веса поверяемого разряда АЦП от требуемого значения,эта разность представляет собойкод погрешности этого разряда. Приполном соответствии весов разрядов АПЦ с.воим метрологическим характеристикам, разность кодовыхкомбинаций будет нулевая, В формировании разности кодовых комбинаций участвуют блок 11 развертки55кода, .первый блок 7 элементов И,блок 9 свертки-развертки кода и блок5 управления. Выполнение данной опер ации произ водится путем раз вертки кодовых комбинаций в блоке М развертки кода и блоке 9 свертки-развертки кода и установки в нулевоесостояние совпадающих значащих разрядов кодов, причем при выполненииоперации развертки, установка в нулевое состояние совпадающих разрядов не производится . Указанный процесс происходит, до появления нулевойкодовой комбинации хотя бы в одном избпоков развертки кодаПризнакомпоявления нулевой кодовой комбинации является отсутствие сигналов,:совпадений значащих разрядов кодов,поступающих с выхода первого блока 7элементов И.,Определение знака кода погрешности производится анализом состоянияблока 9 свертки-развертки кода блоком 6 определения знака, причемзнак "+" будет соответствовать нулевому коду, а знак "-" - ненулевому коду.В четвертом цикле производитсязанесение кода погрешности, сформированного в одном из блоков 1 развертки кода или блока 9 свертки-развертки кода, через первый блок 8 элементов ИЛИ в блок 10 памяти со знаком.В режиме непосредственного преобразования аналоговой величины вкод с коррекцией одновременно с кодированием происходит алгебраическоесуммирование погрешностей значащих разрядов формируемой кодовойкомбинации, при этом код погрешностииз блока 10 памяти переписываетсяв блом 11 обращения кода, которыйпроизводит, если знак погрешностиотрицательный, операцию обращениякода и получение дополнительногокода и выполняет функции регистра присуммировании кодовых комбинаций,находящихся в блоке 9 свертки-развертки кода и блоке 11 обращения кода, причем суммирование осуществляется следующим образом,При наличии каждого разряда выходного сигнала с блока 13 элементов ИЛИи отсутствии сигнала с .блока 12 элемен.тов И,в данный разряд блока 9 свертки-развертки коДа записывается единИца и происходит операция приведениякода к минимальной форме, причем, если при этом содержимое блока 11 обращения кода станет нулевым, блок 6 определения знака выработает сигнал, кото10278 Составитель Техред И.Гаи знецовКоррект Гирняк едактор А.Власенк ю е ав и ю а и е и е ю Подписноказ 4754/58 ВНИИПИ Госуда по делам 113035, ИосквТираж 9твенногообретени Жф комитета СССР и открытийушская наб., д, 4/ Филиал Патент", г. Ужгород, ул . Проектн рый явится признаком окончания суммирования, если же после выполнения операции. приведения кода к минималь-, ной форме кодовая последовательность в блоке 11 обращения кода не станет 5 нулевой, то в блоке 9 свертки-развертки кода происходит один такт развертки кода, после чего произойдет аналогичное суммирование кодовых ком- бинаций , находящихся в блоке 11 обраО щения кода И в блоке 9 свертки-развертки кодаПо окончании непосредственного преобразования аналоговой величины в код происходит. перезапись ко довой комбинации, находящейся вблоке 4 развертки кода и представляющей собой результат кодирования без коррекции, в блок 11 обращения 15 8кода и суммирования этой кодовой комбинации с кодовой комбинацией, находящейся в блоке 9 свертки-развертки и представляющей собой сумму погрешностей всех включенных разрядов,причем суммирование происходит аналогично суммированию погрешностей, описанному выше.Во всех режимах управление функционированием блоков, которые в совокупности обеспечивают процесс поразрядного кодирования, осуществляется блоком 5 управленияВведение новых блоков и связей . позволяет выполнять цифровую коррекцию погрешностей линейности выходной характеристики аналого-цифрового преобразователя, что повышает точность преобразования.