Устройство для ввода информации от аналогового датчика в вычислительную машину

Союз Советскмх Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ р 1186 ОО 47(5)М. Кл.з С Об Г 3/04 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения сПензенский филиал Всесоюзного научно-иследовватЕльскоготехнологического института приборостроения(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ ОТ АНАЛОГОВОГО ДАТЧИКА В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ МАШИНУИзобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в различных системах для ввода информации в ЭВМ от аналоговых дат 5 чиковИзвестны устройства для сопряжения вычислительной машины с аналоговыми датчиками, содержащие узлы запуска преобразователя, включающие источник образцового напряжения, масштабирующий усилитель и реле времени, компараторы, генераторы этаЛонных напряжений, формирователи импульсов, шифратор номера датчика, узел согласования, коммутаторы выходной регистр и счетчик времеви 1.Недостатки этих устройств состоят в больших аппаратурных затратахи низком быстродействии.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для ввода информации от аналогового датчика, содержащее четыре элемента коммутации и выходной преобразователь "Время-код", управляв" щие входы которых подключены к соответствующим выходам узла синхронизации, первьк входом соединенного с вы-, ходом генератора тактовых импульсов, информационные входы первых трех эле- ЗО ментов коммутации соединены соответственно со входомеустройства, выходом источника образцового напряжения и нулевой шиной, а выходы - через соответствующие ограничительные резисторы с инвертирующим входом первого операционного усилителя и через интегрирующий конденсатор с инвертнрующим входом второго операционного усилителя и выходом первого операционного усилителя, прямыч входом подключенного через запоминающий конденсатор к нулевой шине, а через четвертый элемент коммутации - к втррому входу узла синхронизации и выходу втррого операционного усилителя, прямым входом соединенного с нулевой шиной. формируемый иа выходе преобразователя нВремя-ходи код пропорционален величине входного напряжения 121.Недостатками данного устройства являются низкая точность, обусловленная наличием коммутирующих элементов в цепях входного иобразцового напряжений и общей нулевой шины, а также низкое быстродействие, определяемое наличием второго такта преобразования еЦель изобретения - повьхдеиие точ" ности и быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее источник образцового напряжения, два ограничительных резистора, первый и второй элементы коммутации, подключенные управляющими входами к первому выходу узла синхронизации, второй выход которого соединен с управляю" щим входом третьего элемента коммутации, третий выход - через узел преобразования временных интервалов в код с выходом устройства, а первый вход с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - через третий элемент коммутации с прямым входом . первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен 1 через первый интегрирующий конденсатор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, прямьщ входом и выходом подключенного соответственно к нулевой шине и второму 20 входу узла синхронизации, а инвертирующим входом - к выходу первого операционного усилителя, прямой вход которого соединен через первый запоминающий конденсатор с прямым входом второго операционного усилителя, введены вторые интегрирующий и запоминающий конденсаторы и третий и четвертый операционные усилители, причем выход источника образцового напряжения через первый ограничитель ный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход третьего операционног усилителя соединен с инвертирующим входом четвертого операционно го усилителя и через второй интегрирующий конденсатор со входом первого элемента коммутации, подключенного выходом с инвертирующим входом первого операционного усилителя, инверти рующий вход третьего операционного усилителя подключен ко входу первого элемента коммутации и через второй ограничительный. резистор ко входу устройства, а прямой вход через второй запоминающий конденсатор - к пря-мым входам второго и четвертого операционных усилителей, выход которого через второй элемент коммутации соединен с прямым входом третьего операционного усилителя.0 На фиг. 1 представлена блок-схе - ма предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы элементов устройства.Устройство содержит фиг. 1) источник 1 образцового напряжения, элементы 2-,4 коммутации ( ключи ), вход 5 устройства, второй и .первый ограничительные резисторы 6 и 7, выход 8 Щ устройства, первые интегрирующий 9 и запоминающий 10 конденсаторы, первый 11 и второй 12 операционные усилители, узел 13 синхронизации, гене ратор 14 тактовых импульсов, узел 15 у преобразования временных интервалов в код, вторые интегрирующий 16 и запоминающий 17 конденсаторы, третий 18 и четвертый 19 операционные усилители.На временных диаграммах показаны эпюры напряжений на выходах операционных усилителей ( ОУ ) 11, 12, 18 и 19, выходе генератора 14, выходах узла 13 и на конденсаторах 10 и 17.Устройство работает следующим образом.Пусть на вход 5 подано напряжение Ох . В момент времени с по переднему фронту импульса генератора 14 замыкаются ключи 2 и 3. В результате напряжение на конденсаторе 17, сформированное на конденсаторе 16 за время (Т-Т) в предыдущем такте, начинает снижаться до нуля. Последнее вызвано тем, что при замыкании ключей 2 и 3 происходит практически мгновенное (так как постоянная времени заряда конденсатора 17 много меньше Р 6 С ь)изменение знака потенциала точки а за счет образования 100%-ной отрицательной обратной связи через ключ 3 и за счет поддержания потенциала тачки Ь близким к нулю (О=О 3 Е+ "со)где Ос 0 - напряжение на конденсаторе 10) .В результате конденсатор 16 начинает разряжаться до нуля эквивалентньм током разряда 1. Процесс его разряда описывается уравнением. Уь:йшЦ 1 Х,;С).(Т-То)= Т, .) Одновременно за счет образования связи через ключ 2 конденсатор 9 начинает заряжаться эквивалентным током заряда 19 2 = -1 з . В это же время конденсатор 9 заряжается током, обусловленным входным напряжением ( Ох ( Кь)током, зависящим от Ос.(Оо ), и током, определяемым (Е+Осс), Таким образом, в течение времейй Й-) на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение. где Е - приведенное ко входу значение напряжения смещения и дрейфа нуля операционного усилителя 11,С) - емкость конденсатора 9;К 7 - сопротивление резистора 7.После окончания разряда конденсатора 16 на конденсаторе 17 за счет действия 100-ной отрицатель: - ЕС 1 О 60 ной обратной связи через ключ 3 установится потенциал Оа, равный по значению и противоположный по знаку Е. В течение оставшегося времени5 (Т -Т)после разряда конденсатора 16 конденсатор 9 продолжает заряжаться теми же токами, эа исключением 1(1) . В результате эа время(,1) 0 на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение"итх,с, х,с, а,с, /о.т). 4) В момент времени Сэ задним фронтом тактового импульса размыкаются ключи 2 и 3, в результате чего на конденсаторе 16 происходит накопление нового заряда соответствующему измеряемому напряжению, а конденсатор 9 начинает разряжаться обраэцовьм напряжением Оо. В момент времени с выходное напряжение операциФонного усилителя 11 достигает нуля. По этому сигналу-признаку операционного усилителя 12 узел 13 замкнет ключ 3, что приведет к образованию 100-ной отрицательной обратной 30 связи и тем самым к поддержанию выходного напряжения операционного усилителя 11 равным (Ед+ )С )до прихода очередного тактового ймпульса, За интервал времеви (14 С,) на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение В течение оставшегося времени на конденсаторе 9 сформируется За счет действия 100-ной отрицательной обратной связи, образованной через ключ 4, начиная с момента времени с 4 , на конденсаторе 10 установится потенциал О 0,равный по значению и противоположный по знаку Е практически мгновенно, так как постоянная времени заряда конденсатора 10 много меньше Й С 9,В момент времени с происходит очередной тактовый имйульс. Цикл работы устройства повторяется.Информативный интервал времени Ти можно определить, исходя из слсдующих соображении. Процесс формирования.интегральных значений на конденсаторе 9 характеризуется равенством нулюих суммы в течение периода преобразования Т, т.е. После подстановки в ( 8) значений напряжений из (1) и ( 2 ) и простейших преобразований получим где К " коэффициент кодирования, йи- информативный код. Окончательно имеем Из (10) следует, что сформированный узлом 15 по значению, подаваемому на его вход из узла 13, информативный код пропорционален среднему за время Т преобразования значению измеряемого напряжения О и не эавиХсит от значений Е и Е и полностью совпадает с функцией преобразования известного устройства, Причем в каждом текущем такте преобразования информативный код пропорционален среднему значению Ох эа предыдущий такт.Таким образом, быстродействиа предлагаемого устройства характеризуется временем Т одного фиксированного такта вместо двух характерных для известного устройства, что и обуславливает повышение быстродействия, Непрерывное интегрирование ОХ осуществляемое в нем, исключает необходимость переключения в цепях измеряемого и образцового напряжения, что обуславливает значительно более высокую точность преобразования по сравнению с известным устройством.Кроме того, вследствие непрерывного интегрирования О,С в пРедлагаемом устройстве исключается пропуск информации об измеряемом напряжении, что также выгодно отличает его от известного. сУстройство для ввода информации от аналогового датчика в вычислительную машину, содержащее источник образцового напряжения, два ограничительных резистора, первый и. второй элементы коммутации, подключенные управляющими входами к первому выходу узла синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом третьего элемента коммутации, 860047третий выход - через узел преобразования временных интервалов в кодс выходом устройства, а первый вход -с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - через третийэлемент коммутации с прямым входомпервого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединенчерез первый интегрирующий конденсатор с инвертирующим входом второгооперационного усилителя, прямьм входом и выходом подключенного соответственно к нулевой шине и вторсму входуузла синхронизации, а инвертирующимвходом - к выходу первого операционного усилителя, прямой вход которогосоединен через первый запоминающий 15конденсатор с прямьм входом второгооперационного усилителя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены вторые интегрирующий и запоминающий конденсаторыи третий и четвертый операционные усилители, причем выход источника образцового напряжения через первый ограничительный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход третьегооперационного усилителя соединен синвертирующим входом четвертого операционного усилителя и через второйинтегрирующий конденсатор со входомпервого элемента коммутации, соединенного выходом с инвертирующим входом первого операционного усилителя,инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко входупервого элемента коммутации и черезвторой ограничительный резистор ковходу устройства, а прямой вход черезвторой запоминающий конденсаторк прямым входам второго и четвертого операционных усилителей, выходкоторого через второй элемент коммутации соединен с прямьм входом третьего операционного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2666343 у 18-24,кл. 6 06 Г 3/04, 1978.2, Патент США 9 3895376,кл. 340-347, опублик. 1973(прототип)%до ОМФ о ем быво улла Вал нееР у 1 г едактор А.Лежни аэ 7548/73 Ьвиоо генеоолю 1 ФВеро дикод рлиО Составитель В.ВертлибТехред А, Ач Корректор М. Поао а 745Подписноественного комитета СССРэобретеций и открытийва, %-35, Раушская наб., д. 4/5 ИПИ ГосУд по делам 3035, Нос