Аналого-цифровой преобразователь

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЦН 03 К 13.2 щ уР,у. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЕОБРАЗОдва ис( 21) 3349187/18-21(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 349101, кл. Н 03 К 13/20,1970,2. Авторское свидетельство СССРР 660244,кл. Н 03 К 13/20, 1976(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРВАТЕЛЬ, содержащий счетчик,точника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код-напряжение, управляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход - с первым входом блокасравнения, второй вход которого сое"динен с выходом автоматического переключателя пределов, первый входкоторого соединен с входной шиной, .а второй вход - с первым выходом 801061260 А анализатора импульсов, второй выход которого соединенсоответственно с входами блока определения поляр- ности и формирователя периода преобразования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя.частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход в . с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход - с входом разверты , вающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей е преобразователя и повышения его быст родействия, введен накопительный сумматор, первый вход которого соединен с входами счетчика и формирователя периода преобразовация, второй вход - с первым выходом развер- Я тывающего счетчика.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано н автоматике и контрольно-измерительной технике для преобразования н цифровой код средневыпрямленного, квадратичного переменного напряжения и постоянного напряжения сналоженной на него периодическойпомехой.Изнестен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два источника эталонного напряжения, выходыкоторых соединены с входами преобразователя код - напряжение, управляющий код которого соединен с управляющим выходом развертывающего счетчика, а выход соединен с первым входом блока, генератор тактовых импульсов, счетчик выходного кода, вход которого соединен с выходом элементаи Г 11, 20Недостатками устройства являютсяограниченные Функциональные возможности, так как оно не обеспечиваетизмерения среднеквадратичного значе-ния переменного напряжения, а такжемалое быстродействие.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий счетчик, дваисточника эталонного напряжения,выходы которых соединены с входами пре-З 0образователя код - напряжение, управ-,ляющий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика,а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход оторого соединен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шивой, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсов, второй выход которогосоединен соответственно с входами 40блока определенияполярности и Фор.мирователя периода преобразования,выход которого соединен с первымвходом управляемого делителя частоты,второй вход кбторого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выходс входом развертывающего счетчика,второй выход - с первым входом анали. 50затора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока срав-нения Г 2 3,Недостатками устройства являютсяограниченные Функциональные возможности, так как оно не позволяет одно 5временно измерять средневыпрямленноеи среднеквадратичное значение переменного напряжения, а также. недостаточное быстродействие.60Цель изобретения - расширение Функциональных возможносФей преобразователя и повышение его быстродействия.укаэанная цель достигается тем,что в аналого-циФровой преобраэова 65 тель, содержащий счетчик, дна источника эталонного напряжения, выходы которых соединены с входами преобразователя код - напряжение, управляюркий вход которого соединен с первым выходом развертывающего счетчика, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого сое.динен с выходом автоматического переключателя пределов, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход - с первым выходом анализатора импульсон, второй выходкоторого соединен соответственно с входами блока определения полярности и формирователя периода преобраэования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, второй нход которого соединен с выходом генератора тактоных импульсов, третий вход - с вторым выходом развертывающего счетчика, первый выход - с входом развертывающего счетчика, второй выход - с первым входом анализатора импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, введен накопительный сумматор, первый вход которого соединен с входами счетчика и формирователя периода преобразования, второй входс первым выходом раэнертынающего счетчика. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - приведены временные диаграммы его работы.Аналого-циФровой преобразовательсодержит блок 1 сравнения, преобразователь 2 код - напряжение, источники 3 эталонного напряжения, развертывающий счетчик 4, генератор 5,тактовых импульсов, счетчик б, автоматический переключатель 7 .пределов, анализатор 8, формирователь 9 периода преобразования, управляемый делитель 10 частоты, блок 11 определения полярности, накопительный сумматор 12,На фиг. 2 обозначены стробирующие импульсы 13, сравнение напряжений входного 0 и опорного 014, импульсы 15 на первом выходе блока 1, дополнительные стробирующие импульсы 16 в анализаторе 8, импульсы 17 на первом выходе анализатора 8, импульсы 18 на втором выходе блока 1, дополнительные стробирующие импульсы 19 в анализаторе 8, импульсы 20 на втором выходе анализатора 8, импульсы 21.после суммирования.В устройстве для получения интегральных характеристик входного сигнала Нх(Ф) определяется интервал интегрирования Т, величина самого интеграла. Операция деления интеграла на Т может быть выполнена внешним арифметическим устройством.Устройство построено по методу цифрового интегрирования, суть которого состоит в формировании опорного напряжения У,особого вида - квази" 5 случайная функция с равномерным расположением значений в интервале от +Е до -Ез,-(форма 0 приведеиа на фиг. 2), Периодичность смены значений Оо определяется частотой сле дованйя импульсов генератора 5, а и мгновенные значения Поп - положением разрядов счетчика 4 в данный момент, Формируется 0с помощью преобразователя 2, 15В результате сравнения измеряемого напряжения 11 с опорным в блоке 1 происходит квантование измеряемого напряжения. Подсчет числа превышений измеряемого напряжения над опор ным И дает значение интеграла измеряемого напряжения в виде цифрового кода.С момента начала преобразования импульсы тактовой частоты с генератора 5 через управляемый делитель 10, коэффициент деления которого в начальный момент равен единице, поступает на развертывающий счетчик 4. Младаие разряды развертывающего счетчика 4 соединены со старшими весовыми резисторами матрицы НБ преобразователя 2. Такое подключение обеспечивает формирование опорного напряжения 0 с равномерным расположением значений, Преобразуе мое напряжение 11 через автоматический переключатель 7, включенный с коэффициентом деления К, = 8, поступает на вход блока 1, На второй вход блока 1 с преобразователи 2 40 поступает опорное напряжение.Сравнение напряжений Пх, и У,н поступающих на входы блока 1,происходит в момент действия коротких стробирующих импульсов 13. На первом 45 выходе блока 1 на время действия стробов Формируются импульсы 15 при 13 У, п,на втором выходе - импульсы 18 при 0 О )0. В анализаторе 8 происходит дополнительное стробирова-. ние импульсами 16 и 19, в результате чего на первом выходе анализато" ра 8 Формируются импульсы 17 Б+, иа втором выходе - импульсы 20 И , Импульсы 21(И) получаются суммированием импульсов Б+ и И . Таким обра" зом, по Форме имйульсы Б, Б И (Б) не отличаются друг от друга, поступают каждый по своему каналу;С выхода анализатора 8 импульсы по соответствующим каналам поступают ЬО одновременно на входы накопительного сумматора 12 и счетчика б. При преобразовании постоянного напряжения с наложенной на него помехой (преобразование среднего значения) на вход счетчика 6 поступают импульсы И 4. при положительном напряжении и импульсы И - при отрицательном, В случае, когда уровень периодической помехи превышает среднее значение постоянного напряжения на вход счетчика б, работающего в режиме реверса, поступают импульсы Б и И . В зависимости от количественного соотношения импульсов Б+ и И блок 11 выдает информацию о знаке преобразуемого постоянного напряжения в двоичном коде. При преобразовании средневыпрямпенного значения переменного напряжения на вход счетчика 6, работающего в режиме суммирования, поступают импульсы модуля (Б). Одновременно для получения среднеквадратичного значения переменного напряжения импульсы модуля подаются на вход накопительного сумматора 12, на другой вход которого подается. параллельный двоичный код с управляющего выхода развертывающего счетчика 4. С выхода счетчика б и накопительного сумматора 12 информация в виде параллельного двоичного кода снимается по команде с внешнего управляющего устройства. Значения кодов определяют величины интегралов И и И за интервал интегрирования Т, Значение интервала интегрирования в виде параллельного двоичного кода снимается с выхода развертывающего счетчика 4.Величина И-, характеризующая интервал интегрйрования Т, равна общему количеству тактовых импульсов за период преобразования, которые подсчитываются развертывающим счетчиком 4. Период преобразования формируется Формирователем 9 в зависимостиот вида преобразуемого напряжения.Для этого на формирователь 9 поступают импульсы И+,И для формирования периода преобразования переменных напряжений частоты Р С 50 Гц, где с помощью этих импульсов формируется момент перехода через нуль с минуса на плюс. синусоидального напряженияРаботу блока 11 лучше проследить на примере преобразования постоянного напряжения низкого уровня с помехой, пересекающей нулевой уровень. При этом на счетчик 6 (первые разРяды которого реверсивные) посту-пают то импульсы И,1., то Б , Импульсы Б устанавливают триггер блока 11 в положение, соответствующее полярности ф+ф, и одновременно поступают на шину сложения реверсивного счетчика, который производит их сложение. Поступающие затем на шину вычитания счетчика импульсы И начинают вычитаться на имеющейсяуже1061260 в счетчике 6 суммы импульсов Я+.Есликоличество Б с Б, то к моментуприхода новых импульсов Б+ в счетчике еще записано число, и которомуимпульсы Я+ начинают снова добавляться. Если Н, ) Б+, то при Б =Бвсе ранее сложенные импульсы вычитаются и импульсы Б устанавливаюттриггер блока 11 в положение, соответствующее полярности "-ф, и импульсы Б " идут на шину положения реверсивного счетчика, который работаетв режиме сложения импульсов Б . Подобные процессы продолжаются до конца преобразования, В каком из положений указатель полярности оказывается в конце преобразования, таинформация и выдается с блока 11,т,е, информация выдается в двоичномкоде в зависимости от состояниятриггера - указателя полярности,Возведение в квадрат, т.е. полу.чение значения 0 ,осуществляет-,ся с помощью накопительного сумматора 12, который реализует выражение К:1 25Б в(2+1) д К:о.гНакопительный сумматор может бытьвыполнен на интегральных компрепо-.вадниковых микросхемах серии 130,144, 136 согласно ОСТ 11.340.902-78.Йакопительный сумматор 12 работа. ет следующим образом.Перед началом суммирования регистры памяти накопительного сумматора З 512 и развертывающего счетчика 4 уста. навливаются в исходное нулевое положение. Младшие разряды разврртывающего счетчика 4 подключаются квходам старших разрядов накопительного сумматора 12,Вход младшего разряда накопительного сумматора 12 подключен к источнику +5 В, т.е. на его входе присутствует постоянная логическая "1 ф и при каждом сложении кодов происходитприбавление единицы. К следующимвходам накопительного сумматора, начиная с второго, подключены выходыразрядов развертывающего счетчика 4.В накопительном сумматоре 12 темсамым осуществляется удвоение значе-.ний кодов,Каждый квант развертки, которому,соответствует определенное значениеЪ зафиксирован в развертывающемсчетчике 4 в двоичном коде. Кодыпоступают на первые входы накопительного сумматора 12, складываются с кодами его вторых входов и суммапереписывается в регистр памятипри наличии импульсов И+ или Жт.е. когда значение Бр ( Б . Запи,санная в регистре сумма является слагаемым для последуюшего прибавляемогочисла (кода).Импульсы переноса с выхода накопительного сумматора 12 поступают всчетчик 6 для их подсчета.Лвтоматический переключаТель 7содержит частотно-компенсированныеделители. Устройство имеет три пределапреобразования с коэффициентами делителя К, = 1,8,40. Переключение пределов производится автоматически вавтоматическом переключателе 7,Преимуществом данного устройствас накопительным сумматором по сравнению с известным является существенное расширение частотного диапазона в режиме измерения среднеквадратичного значения. Это происходитвследствие того, что накопительныйсумматор обрабатывает (возводит вквадрат) импульсы превщаения с блока сравнения в параллельной форме, счастотой прихода этих импульсов.Кроме того, введение накопительного.сумматора позволяет одновременноосуществлять режим измерения среднего и среднеквадратичного значения,что было невозможно в прототипе.1061260 орректор А. Тяскйй Редактор,Л. Алекс илиал ППП фПатентф, г Уагород, ул. Проект каз 1005857 ВНИ и 11303Составитель А, Тиеенко ТехредО.Йене:ЕеааеейТирам 936И Государственного комиделам изобретеный и откМосква, Ж, Раушская Подписноеета СССРытийнаб., д. 4/