Аналого-цифровой преобразователь

(50 4 Н .03 М 1/60 рцэрАТЕНТБ 0-1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ входные шины 1и опорного 0 АЦП содержитпреобразуемого 11ряжений, шину 3выходную шину 4вания, шину 5 "та преобразованипреобразовательтоту импульсов10 импульсов, гесов, триггерыры 15 - 18, регитель 20 импульсо напоту,бразольтаь 6,пуска АЦП в раб результата прео отовность реэу я, переключател 7 напряжения в ПНЧ), счетчики нератор 11 импу 14, одновибр стр 19, распред в, формировател(АЦ 11); па фиг.рамма его работ повышен час 8 льажена блок-схемапреобразователявременная диагтоГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(56) Прянишников В,А.Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л.: Энергия, 1976, с. 169.Авторское свидетельство СССР У 1150769, кл. Н 03 М 1/60, 1985. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВО 11 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к импульснрй технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового преобразовазобретение относится к импульс- технике, в частности к преобрателям напряжения в цифровой код омежуточным преобразованием в оту импульсов. 2теля (АЦП) является наличие дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения, которые необходимы для коррекции предварительного результата преобразования и устранения погрешностей от изменения параметров АЦП, Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения дополнительных затрат времени, Известный АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту с входным переключателем, три счетчика, генератор импульсов, два триггера, одновибратор, логические элементы. Поставленная цель достигается введением регистра, распределителя импульсов, триггера, трех одновибраторов, двух формирователей импульсов и логических элементов, благодаря которым в АЦП во время измерения производится коррекция результата преобразования и тем самымповышается быстродействие предлагаемого АЦП. 2 ил.15047894ПНЧ 7 имеют частоту Р КБи проходят через элементы И 23 и ИЛИ 28на вход счетчика 8, где формируюткод И и на вход распределителя 20,В нем с каждым импульсом Р на выходах последовательно со сдвигом вовремени появляются импульсы. Эти импульсы проходят только через те элементы И 31, у которых на входах отразрядов регистра 19 присутствуютсигналы "1". Поэтому в счетчике 10 а выполняется поразрядное суммирова- .ние, и находяцийся в нем код с каждым импульсом Рувеличивается на и,а при получении числа п д происходитего переполнение (и о - емкость счетл- чика 10).Время измерения Т Формируется20 счетчиком 9, имеющим емкости младших и старших разрядов ио и И,. Навход поступают импульсы частоты Г,поэтому через иоИ, импульсов наступает его переполнение. Этим сигна 25 лом в триггере 12 установится "0", тр Преобразование Бзаканчивается, Время измерения Б равно То, = иоИо/Г.За это время в счетчик 8 от ПНЧ 7поступит И, = КБТимпульсов, атакже -- импульсов переполнения отиосчетчика 10 через элемент ИЛИ 28.К окончанию То в счетчике 8 будетполучен результат преобразования:(1.+ - ) = КБ п,И (1+ - )-и и 1- ио о и ,лучим 3и 22 импульсов, элементы И 23-27,элементы ИЛИ 28 - 30, группу элементов И 31.На временной диаграмме (Фиг. 2)обозначены: 32 - сигнал пуска АЦП вработу; ЗЗ - импульс одновибратора15; 34-36 - сигналы на выходах "1"триггеров 12, 13 и 14 соответственно; 37 - импульсы с выхода ПНЧ 7;38 - временные интервалы работы распределителя 20; 39 - импульс переполнения счетчика 10; 40 - сигнал нвыходе "О" одновибратора 16; 41сигнал на шине 5; 42 - сигнал на вьходе "0" одновибратора 18,АЦП работает следующим образом,В моменты времени, когда не выпоняется преобразование входного сигнала Б, к ПНЧ 7 подключено опорноенапряжение Б . Выходные импульсыРо = К 13, (К - коэффициент преобразования ПНЧ) с выхода ПНЧ 7 через элемент ИЛИ 30 последовательно запускают Формирователи 21 и 22, Импульспервого из них записывается в регискод и из младших разрядов счетчика9, а импульс Формирователя 22 устанавливает через элемент ИЛИ 29 впоследнем код 0. На вход счетчика9 поступают импульсы от генератора11 с частотой Е = и,Ро . За время одного периода Ро в нем накопитсяГчисло и, = =- = и +и, где ио - емкость младших разрядов счетчика 9,Х 1или и = - =и +и откуда и= --- и.КП 0 Ф КЦо оИзменения во времени и от температуры параметров элементов генератора11 и ПНЧ 7 приводят к изменению величины и, которая с каждым импульсомРо записывается в регистр 19 и используется в процессе преобразования 4511 реобразование начинается по отрицательному перепаду сигнала 32пуска АЦП, запускающему одновибратор 15, выходной ипульс 33 которо оустанавливает коды 0 в счетчиках8, 10 и 9, а отрицательным перепадом - "0" в триггер 14, "1" в триггер 12,Выходной сигнал 34 триггера 12 спомощью переключателя 6 подключаетк ПНЧ 7 выходной сигнал 1, эапрецает прохождение импульсов Р 37 черезэлемент ИЛИ 30 и разрешает работуэлемента И 23. Выходные импульсы 37 ГПодставив значение и = , -- и поУ; Офо с И, = К 11 и И (1 + " - 1)- с х о о Г 0 ио о Цх= ИоТаким образом, благодаря использованию величины и, характеризующей изменение параметров Г и К а АЦП, и корректировке кода Ив процессе преобразования У эа время То сформулирован окончательный результат преобразования И, в котором составляющие погрешности от изменения параметров АЦП отсутствуют. Требуемая точность измерения 1/Р,для получения и и соответствующегоей значения частоты Г генератора 11может быть достигнута при условиивыполнения корректировки кода И, на150489 в счетчике 9. 20 25 ЭО Э 5 40 45 50 55 единицу, вызванную изменением Г и К,при преобразовании Ц .= Ц в код И,офкогда Б, = И, - 1. В результате преобразования должен быть получен кодИр (Чп - 1) (1 + и ), откуда1ив в , поэтому величина и должнаобыть не меньше (Б - 1), а частотагенератора 11 К ъ Р, (Б, - 1). Это определяет объем счетчика 10 и объеммладших разрядов счетчика 9, которыедолжны быть не менее (Нп - 1).По окончании очередного преобразования в АЦП формируется новое значение и. С установкой "0" в триггере 12в триггер 13 записывается "1". Сигнал35 с выхода "1" триггера 13 разрешаетработу элементов И 24 и 25, черезпоследний из которых первый импульсР 37 от ПНЧ 7 проходит на счетныйвход триггера 14, записывая в нем "1",Этот же импульс запускает формирователи 21 и 22, но записываемый в регистр код и может не соответствоватьвеличине 1/Р , так как с выхода ПНЧпервый импульс после Тп может появиться через время, меньшее 1/Р , изза остаточного заряда от Цп в интегрируняцем конденсаторе ПНЧ 7. Поэтомуследуюцее преобразование может выполняться только после записи нового значения и вторым импульсом Г 37, который в триггере 14 установит "0", асигнал 36 с его выхода "1" отрицательным перепадом установит "0" втриггере 13 (сигнал 35). Сигнал с выхода "1" последнего используется вкачестве сигнала как об окончаниипреобразования, так и о готовностиАЦП к выполнению нового преобразования.Сигнал 41 подается на клемму 5 свыхода элемента И 24. Благодаря наличию сигнала 40 от одновибратора 16,запускаемого в работу с окончанием Ти предназначенного для формированиязадержки на время появления дополнительного импульса от переполнениясчетчика 10, сигнал 41 формируется сзадержкой во времени, исключаацейвозможность считывания недостоверногокода от переходного процесса в счетчике 8, вызванного этим импульсомпереполнения,В АЦП введены элементы И 26, одновибратор 17 и элемент ИЛИ 30, благодаря которым исключается возможностьзаписи недостоверного кода и в регистр 19 при совпадении импульсови Р во время переходного процесса 5В этих случаях запускается одновибратор 17 и на выходе элемента ИЛИ30 сигнал Р удлиняется на время дли. тельности импульса этого одновибратора, что обеспечивает запись кодапосле упомянутого переходного процессаЗапись недостоверного кода и можетпроизойти при совпадении импульсови Р к моменту запуска АЦП в работу,Поэтому в АШ 1 установка кода "О" всчетчике 9 осуцествляется при помошиэлемента И 27 и одновибратора 18, запускаемого положительным перепадомсигнала 33, Сигналы 33 и 34 запрещаютработу элемента 30 с момента появления отрицательного перепада сигнала 32, а в случае запуска к этому моменту от Р формирователей 21 и 22 происходит сначала запись в регистр 19нового значения и и только после этого через время длительности импульсаодновибратора 18 происходит установка кода "0" в счетчике 9, так каксигнал на выходе элемента И 27 появится позже по сравнению с сигналом33. Это исключает запись недостоверного кода и в регистр 19 и позволяетначинать преобразование Цз любсймомент времени после сигнала 41, ко"торый формируется в АЦП через время,не превышаюшее 2/Р, после Т . В АЦПрезультат преобразования И получается с окончанием Т, а дополнительныезатраты времени на подготовку преобразователя к следукцему преобразованию не превьппают 2/Р,формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержаший переключатель, первый вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а выход соединен с входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера и с управлякцим входом переключателя, первьп, второй и третий счетчики, первьп одновибратор, вход которого является пусковой шиной преобразователя, а выход соединен с входами обнуления первого и третьего счетчи8504789 1ков и с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого соединенс единичным входом второго триггера,единичный выход которого соединен спервыми входами второго и третьего5;элементов И, генератор импульсов, вы,ход которого подключен к первому вхо,ду четвертого элемента И и к счетному входу второго счетчика, первый элемент ИЛИ, выход которого соединен сосчетным входом первого счетчика, вылходы которого являются выходной шиной, отличающийся тем,что, с целью повышения быстродействия,15в него введены регистр, распределитель импульсов, третий триггер, второй, третий и четвертый одновибраторы, первый и второй формирователи импульсов, пятый элемент И, группа элементов И, второй и третий элементыИЛИ, причем выход пятого элемента Иподключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход третьего элементаИЛИ через первый формирователь импульсов подключен к входу записи кода регистра и к входу второго формирователя импульсов, выход которого соеди -нен с вторым входом второго элементаИЛИ, выход которого подключен к входу 30 установки обнуления второго счетчика,выходы которого соединены с соответствующими входами регистра, первыйвход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего одновибратора, вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ объединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту импульсов, третий вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом первого одновибратора и объединен с нулевымвходом третьего триггера, с входомчетвертого одновибратора.и с первымвходом пятого элемента И, второй входкоторого соединен с выходом четвертого одновибратора, четвертый вход третьего элемента ИЛИ соединен с управляющим входом переключателя, второйвход которого является шиной опорногонапряжения, второй вход второго элемента И соединен с выходом второгоодновибратора, вход которого объединен с единичным входом второго триггера и с выходом переполнения второгосчетчика, выход первого элемента Исоединен с входом распределителя импульсов и с первым входом первогоэлемента ИЛИ, второй вход которогосоединен с выходом переполнения третьего счетчика, счетные входы младших разрядов которого соединены с соответствукцими выходами элементов Игруппы, первые входы которых подключены к соответствующим выходам регистра, а вторые входы - к соответствукцим выходам распределителя импульсов, счетный вход третьего триггерасоединен с выходом третьего элементаИ, а единичный выход - с нулевым входом второго триггера, выход второгоэлемента И является шиной "Готовностьрезультата преобразования, 150478991ВСоставитель Н. Козлов Редактор А,Маковская Техред М.Иоргентал Корректор Н.,Борисова Заказ 5266/55 Тираз 884 .ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101