Аналого-цифровой преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 17,04,81 (21) 327671,б/18-21 31 М. Кп. Союз СоветскихСоциалистическнхРеспублик Н 03 К 13/17 с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетГасударственный комитет СССР яо делам изобретений н открытий72) зобретения йод,сд 1) Заявитель АНАЛОГ РОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ еотносится к цифроой и вычислительно быть использован широкополосных си ения функцйи распр Изобретениевой иэмерительн й технике и может о для кодирования гналов и определ еделения этих сигналов.Известно аналого-цифровое устройство последовательного действия для определения функции распределения, содержащее амплитудно-импульсный модулятор, компаратор и. счетчик1 1.Недостатком указанного устройства является пониженное быстродействие.Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор стробимпульсов, вход которого соединен с шиной сигналов запуска, декады компараторов, измерительные входы которых соединены с входной шиной, а опорные входы - с выходами соответствующих декадных делителей, источник опорного напряжения, пропор ционального величине 10", между выходом которого и общей шиной включен декадный делитель старшего разряда, преобразователи единичного кода в напряжение с и-го до предпоследнего младшего разряда, к выходу каждого и которых подключен декадный делитель соседнего более младшего раэряда,выходы компараторов данного разряда содинены с входами преобразователя, фединичного кода в напряжение этого жеразряда, соответствующий выход которого подключен к опорному входу преобразователя единичного кода в напряжение соседнего более младшего разряда, счетчик 2.0 Недостатками известного устройства являются относительная сложностьи ограниченность Функциональных возможностей, так как оно обеспечиваеттолько кодирование сигналов беэ ихдополнительной обработки (анализа).Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем определения функции распределения измеряемой величины.Поставленная цель достигаетсятем, что в аналого-циФровой преобразователь, содержащий генераторстробимпульсов, вход которого соединен с шиной сигналов запуска, декадыкомпараторов, измерительные входыкоторых соединены с входной шиной,а опорные входы - с выходами соответствующих декадных делителей, источник опорного напряжения, пропорционального величине 10 т, между выхо дом которого и общей шиной включендекадный делитель старшего разряда, преобргэователи единичного кода в напряжение с и-го до предпоследнего младшего разряда, к выходу каждого иэ которых подключен декадный делитель соседнего более младшего раз ряда, выходы компараторов данного разряда соединены с входами преобразователя единичного кода в напряжение этого же разряда, соответствующий выход которого подключен к 10 опорному входу преобразователя единичного кода в напряжение соседнего более младшего разряда, счетчик, введены элементы И, НЕ, счетчики, дополнительные источники опорных 15 напряжений, пропорциональных величинам от 10"до 10, распределитель, элемент временной задержки, триггеры, матричные дешифраторы .кодов, к выходам которых подключены выходы триггеров соответствующих разрядов, а выходы каждого матричного дешифратора кода более старшего разряда соединены с соответствующими входами матричного дешифратора соседнего младшего разряда, за исключением матричного дешифратора самого младшего разряда, к выходам которого подключены входы счетчиков, управляющие входы которых подключены к шине сигнала конца цикла преобразования и через элемент временной задержки - к последнему выходу распределителя, остальные выходы которого соединены с входами стробирования декад компара торов соответствующих разрядов и первыми входами триггеров тех же разрядов, вторые входы которых соединены через. элементы И и НЕ с выходами соответствующих компараторов, за 40 исключением компаратора в каждой декаде, соответствующего старшему разряду декады, выход которого подключен к второму входу соответствующего тРиггеРа непосредственно, информа ционный вход и вход сброса распределителя соединены соответственно с выходом и входом генератора стробим-. пульсов, а каждый дополнительный источник опорного напряжения подключен параллельно к декадному делителю соответствующего разряда.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит входную шину 1, шину 2 сигнала запуска, декадные делители 3, источник 4 опорного напряжения, пропорционального величине 10 . (и - число десятичных разрядовввыходного кода) преобразователи 5 единичного кода в напряжение (ПЕКН) 60 от и-го старшего разряда до предпоследнего младшего разряда соответственно; декады компараторов б, начиная с и-го старшего разряда до младшего разряда соответственно, ге нератор 7 стробимпульсов, распределитель 8, триггеры 9, элементы НЕ 10,элементы И 11, дополнительные источники 12 опорного напряжения, пропорциональные величинам от 10 фдо 10соответственно; элемент 13 временнойзадержки, шину 14 сигнала конца цикла преобразования, матричные дешифраторы 15 кодов с и- го до младшего разрядов соответственно, счетчики 16.Устройство работает следующим образом,С приходом сигнала запуска на шину 2 распределитель подключает генератор стробимпульсов к своему первому выходу, а все ГЕКН 5 сбрасываются в нулевое положение (цепи сбросане обозначены),Измеряемая величина поступает навходы всех декад компараторов, в которых последовательно (разряд за разрядом) по стробимпульсам сравнивается с наборами параллельных уровнейразличных разрядов, образованныхсоответствующими источниками опорного напряжения на декадных делителях3. Все делители 3 являются идентичными, равноступенчатыми. Постробимпульсу, поступившему в ком- .параторы 6 (декады и-го старшегоразряда), измеряемая величина сравнивается в них с набором опорныхуровней напряжения с шагом, пропорциональным 10" , образованных источником 4. Полученный единичный коди-го старшего разряда преобразуетсяобратно в соответствующее напряжениев ПЕКН 5.Выходное напряжение ПЕКН 5 суммируется с постоянным напряжением источника 12, равным единице старшегои-го разряда кода, т.е. шагу 10и-При этом на подключенном в ПЕКН 5 декадномделителе 3 образуется всегда наборуровней напряжения с более мелким шагом,пропорциональным величине 10" . По стробимпульсу, поступившему в компараторы б, формируется код второго(и)-го разряда измеряемой величины. Этот код передается в ПЕКН соседнего младшего разряда, где преобразуется в эквивалентное напряжение. При этом выходное напряжениеПЕКН соседнего младшего разряда оказывается пропорциональным двум старшим разрядам кода, что может бытьобеспечено одним иэ двух варйантов.В первом варианте используют ПЕКНразличной разрядности (количествовходных разрядов последующих ПЕКНпоследовательно возрастает на однудекаду) с передачей кода первогостаршего разряда иэ одноразрядногоПЕКН 5 первого разряда в двухразрядный ПЕКИ второго старшего разрядаи т.д.Во втором варианте все ПЕКН являются однодекадными с уменьшающимся970680 знечением разряда кода и соответствующего выходного йапряжения, При этом Напряжение ПЕКН каждого последующего разряда суммируется с напряжением всех ПЕКН предыдущих более старших разрядов. Оба варианта отображены на чертеже связью между ПЕКН соседних разрядов.Таким образом, последовательно формируются коды и остальных разрядов вплоть до младшего разряда. 10Относительное приращение (шаг) опорных напряжений на ступенях декад-. ных делителей сохраняется всегда неизменным и пропорциональным единицам соответствующих разрядов кода, а 15 абсолютные значения этих уровней изменяются в соответствии с текущим значением измеряемой величины.Период стробимпульсов задают с учетом времени задержки формирования р 0 кода одного разряда и преобразования его в соответствующее напряжение (задержка переключения ПЕКИ), исключающим неправильную работу устройства.Формируемые коды передаются в триггера 9 соответствуюШих разрядов. Позиция каждого триггера данного разряда однозначно соответствует числу единиц кода данного разряда. При появлении единичных сигналов соседних компараторов, фиксирующих равенство или превышение измеряемой величиной соответствующих опорных уровней напряжения на делителе, в триггеры данного разряда записывается только одна единица, соответствующая более высо- З 5 кому соседнему опорному уровню, равному измеряемой величине с точностью до единицы данного разряда. Это достигается использованием элементов НЕ 10 и И 11 на входе каж дого иэ триггеров данного разряда, эа исключением триггера старшей позиции (соответствует десяти единицам разряда), сигнал на вход которого с компаратора передается непо средственно. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор стробимпульсов, вход которого соединен с шиной сигналов запуска, декады компараторов, йзмерительные входы которых соединены с входной шиной, а опорные входы - с выходами соответствующих декадных делителей,йсточникопорного напряжения, пропорционального величине 10 между выходом которого и общей шиной включен декадный делитель старшего разряда, преобразователи единичного кода в напряжение с и-го до предпоследнего младшего разряда,к выходу каждого из которых подключен декадТаким образом, в триггерах всех разрядов фиксируется позиционный десятичный код, эквивалентный текущему значению измеряемой величины. Запись кода в триггеры происходит разряд за разрядом (по мере формирования кода) по соответствуюшим стробимпульсам, которые передаются в триггеры с соответствующих выходов распределителя 8.После завершения цикла преобразования распределитель выдает на шину 14 с задержкой в элементе 13 сигнал конца цикла, который формируется в соответствии с позицией последнего выхода распределителя.По этому сигналу выполняется считывание кода из всех триггеров памяти, например, В ЦВМ, откуда после завершения 65 считывания поступает очередной сигнал запуска.Одновременно позиционный код с триггеров соседних разрядов передается в матричные дешифраторы 15.Каждый дешифратор представляет собой матричный набор двухвходовых элементов И, количество которых равно произведению входов матрицы, а элементы И включены в узловых точках матрицы. Количество элементов И и, следовательно, количество выходови- последней иэ матриц 15 равно 10 к каждому выходу этой матрицы подключен счетчик 16. Благодаря такому включению матриц в каждом цикле преобразователя единичный сигнал появляется только на одном из выходов послед" ней из матриц 15, а позиция каждого выхода однозначно связана с уровнем квантования. Тем самым позиционный десятичный код, представляемый в триггерах, преобразуется в позиционный единичный код.Первый из счетчиков 16 фиксирует число, показывающее сколько раз эа определенное количество циклов преобразования измеряемая величина принимает значение, не превышающее двух уровней квантования. Аналогичным образом фиксируется все распределение измеряемой величины, вплоть до последнего уровня квантования в счетчике 16, абсолютное значение которого пропорционально величине 10Запись информации в счетчики происходит по сигналу конца цикла преобразования. Зону анализа можно задавать выбором соответствующих выходов матричных дешифраторов.Таким образом, помимо кодирования теууших значений измеряемой величины, предлагаемый аналого-цифровой преобразователь определяет ее функцию распределения, т.е. вероятности того, что измеряемая величина не превышает определенных уровней.Эти вероятности записаны в виде ненормированных чисел в счетчиках 16.ный делитель соседнего более млад-, шего разряда, выходы компараторов данного разряда соединены с входами преобразователя единичного кода в напряжение этого же разряда, соответствующий в ход которого подключен 5 К щщрному входу преобразователя рзыщчного кода в напряжение сосед- цека более младшего разряда, счетчик,ж л и ч а ю щ и й с я тем, что, .а:целью расширения функциональных 10 дазможностей путем определения Функ-, цци распределения измеряемой величины, введены элементы И, НЕ, счетчики, урйолнительные источники опорных напряжений, пропорциональных величинам 15 От 10" " до 10, распределитель, элемент временной задержки, триггеры, матричные дешифраторы кодов, к входам которых подключены выходы триггеров соответствующих разрядов, а ;щ выходы каждого матричного дешифратора кода, более старшего разряда соединены с соответствующими входами матричного дешифратора соседнего младшего разряда, за исключением матричного 25 дешифратора самого младшего разряда, к выходам которого подключены входы счетчиков, управляющие входы которых подключены к шине сигнала конпа цикла преобразования. и через элемент временной задержки - последнему выходу распределителя, остальные выходы которого соединены с входами стробирования декад компараторов соответствующих разрядов и первыми входами триггеров тех же разрядов, вторые входы которых соединены через элементы И и НЕ с выходами соответствующих компараторов, за исключением компаратора в каждой декаде, соответствующего старшему разряду декады, выход которого подключен к второму входу соответствующего триггера непосредственно, информационный вход и вход сброса распределителя соединены соответственно с выходом и входом генератора стробимпульсов, а каждый дополнительный источник опорного напряжения подключен параллельно к декадному делителю соответствующего разряда.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Мирский Р.Я.Радиоэлектронныеизмерения. М., "Энергияф, 1975,с. 484-487, рис. 9.27.2, Авторское свидетельство СССР9 677097, кл. Н 03 К 13/03, 1979