Аналого-цифровой преобразователь

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ПУБЛИК 9) (11) 3 К 13 2 г ССсГЪ ОП ЗОБ ий сумтр патриггер, ополнивход пер- дополниты, втоблока ды кото гистра ым вхопа ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св. Р 921079, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения степенных. характеристик преобразования с показателем 2 или 1/2, в него введены два дополнительнительных счетчика импульсов, счетчик-делитель частоты на два, накапливающматор, дополнительный регисмяти, дополнительный третийблок сравнения кодов, два дтельных элемента И, первыйвого иэ которых соединен стельной шиной опорной часторой вход - с первым выходомсравнения кодов, первые вхорого соединены с входами ремяти, второй выход - с перв дом второго дополнительного элемен та И, второй вход которого соединен с выходом третьего дополнительного триггера, а выход - с первыми входами дополнительного регистра памяти и третьего дополнительного триггера, второй вход которого соединен с шиной "Запись", первый вход первого дополнительного счетчика импульсов соединен с выходом счетчика-делителя частоты на два и первым входом накапливающего сумматора, а второй вход - с шиной "Сброс", вторым входом накапливающего сумматора, первыми входами второго дополнительного счетчика импульсов и счетчика-делителя частоты на два, второй вход которого ЕО соединен с выходом первого дополнительного элемента И и вторым входом второго дополнительного счетчика импульсов, выходы которого соединены с третьими входами накапливающего сумматора, причем выходы первого до- р полнительного счетчика импульсов и капливающего сумматора соответственно соединены с вторыми входами блока сравнения кодов и дополнительного регистра памяти при степенной характеристике преобразования с по-: казателем 2 или с вторыми входами дополнительного регистра памяти и блока сравнения кодов соответственно при степенной характеристике преобразования с показателем 1/2.тельного триггера, первые выходы триг. 50 55 го элементов И, выход второго элемента И подключен к второму входу элеменБ 5 Изобретение относится к импульсной технике и используется в устройствах связи первичных преобразователей физических параметров с цифровыми устройствами обработки автоматизированных систем управления,По основному авт. св, 9 921079 известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два блока сравнения напряжений, первые входы которых объединены,. выход первого блока сравнения напряжений через первый форглирователь импульсов подключен к входу "Запись" регистра памяти, выход второго блока сравнения напряжения через второй формирователь импульсов подключен к первому входу триггера, сумглирующий счетчик импуль сов, разрядные выходы которого иод"клвчены к соответствующим входам регистра памяти, четыре счетчика импульсов, блок вычитания частот, двадополнительный триггера, два ключа,конденсатор, резистор, три элементаИ, элемент ИЛИ-НЕ, ждущий мультивибратор, два дополнительных Формиро"вателя импульсов, потеициометр, причем первый выход первого ключа черезрезистор подключен к первому выводупотенциометра, подвижный контакт которого подключен к второму входувторого блока сравнения напряжений,первые входы первого и второго блоков сравнения напряжений - к второмувыходу первого ключа, первому выходу второго ключа и первой обкладкеконденсатора, вторая обкладка которого, а также второй выход второгоключа и второй вывод потенциометрасоединены с общей шиной, второй входтриггера подключен к первым входампервого и второго дополнительныхтриггеров, к выходу первого дополнительного формирователя импульсов ивыходу .и сброс суммиругощего счетчика импульсов, выход которого подключен к второму входу второго дополнигера и второго дополнительного триг,гера - соответственно к первому ивторому входам первого элемента И,выход которого подключен к первомувходу элемента ИЛИ-НЕ, вторые выходы триггера и второго дополнительноготриггера - соответственно к первомуи второму входам второго элемента Ии первым входам третьего и четвертота ИЛИ-НЕ, выход которого подключенк второму входу элемента ИЛИ-НЕвыход которого - к входу второго дополнительного Формирователя импульСов и к вторым входам третьего и четвертого элементов И, третьи входыкоторых объединены, а выходы подключены соответственно к суммирующему 20 25 30 35 40 45 и вычитающему входам первого счетчи.ка импульсовг выход второго дополнительного Формирователя импульсов подключен к второму входу первого дополнительного триггера и входу ждущего мультивибратора, выход которого подключен к входу первого дополнительного Формирователя имггульсов, первый и второй выходЫ первого допол нительного триггера подключены соответственно к входам первого и второ- го ключей, разрядные выходы первого счетчика импульсов подключены к соответствующим входам второго счетчика импульсов, а выход - к первому входу блока вычитания частот и счетному входу третьего счетчика, иглпульсов, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика импульсов, группа входов которого подключена к разрядным выходам суммирующего счетчика импульсов, а выход - к второму входу блока вычитания частот, выход которого подключен к счетному входу суммирующего, счетчика импульсов (1).Недостатком известного устройства являются его ограниченные Функциональные возможности.Характеристика преобразования аналого-цифрового преобразователя линейна, чтотребуется только при связи линейных первичных преобразователей Физических параметров с цифровыми устройствами обработки информации. На практике ряд первичных преобразователей (датчиков) обладает нелинейной характеристикой, с большой точностью аппроксимируемой степенной Функцией с показателем степени 1/2 (например, виброчастотные датчики силы) или 2 (термометры сопротивлений и т.д.). Это требует в дальнейшем при обработке цифровой информации специальных устройств для возведения в квадрат илн извлечения квадратного корня из двоичного кода, что приводит к увеличению габаритов устройства, его стоимости.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем обеспечения степенных характеристик преобразования с показателем два или одна вторая.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-циФровой преобразователь введены два дополнительных счетчика импульсов, счетчик-делитель частоты на два, накапливающий сумматор, дополнительный регистр паг 1 яти, дополнительный третий триггер, блок сравнения кодов, два дополнительных элемента И, первый вход первого из которых соединен с дополнительной шиной опЬрной частоты, второй вход - с первым выходом блока сравнения кодов, первые входы которого соединены с входами регистра памяти, второйвыход - с первым входом второго дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего дополнительного триггера, а выход - с первыми входами дополнительного регистра памяти и третьего дополнительного триггера, второй вход которого соединен с шиной "Запись", первый вход первого дополнительного счетчика импульсов соединен с выходом счетчика-делителя частоты на два 10 и первым входом накапливающего сумматора, а второй вход - с шиной "Сброс", вторым входом накапливающего сумматора, первыми входами второ го дополнительного счетчика импуль сов и счетчика-делителя частоты на два, второй вход которого соединен с выходом первого дополнительного эле,мента И и вторым входом второго дополнительного счетчика импульсов, выходы которого соединены с третьими входами накапливаищего сумматора, причем выходы первого дополнительного счетчика импульсов и накапливающего сумматора соответственно соединены с вторыми входами блока сравнения кодов и дополнительного регистра памяти при степенной характеристике преобразования с показателем 2 или с вторыми входами дополнительного регистра памяти и блока сравнения кодов соответственно при степенной характеристике преобразования с показателем 1/2.На Фиг. 1 показана структурная схема аналого-цифрового преобразователя для извлечения квадратного корня, на фиг. 2 - то же, для возведения в квадрат.Аналого-цифровой преобразователь содержйт счетчики 1-5 импульсов (иэ 40 которых счетчик 2- суммирующий счетчик импульсов), регистр б памяти, блок 7 вычитания частот, триггеры 8- 10 с раздельным запуском (из которых триггеры 8 и 10 - дополнитель ные триггеры), кличи 11 и 12, блоки 13 и 14 сравнения напряжений, конденсатор 15, элементы И 16-19, элемент ИЛИ-НЕ 20, ждущий мультивибратор 21, формирователи 22-25 импульсов, потенциометр 26, резистор 27, счетчики 28 и 29 импульсов, счетчик- делитель 30 частоты на два, дополнительный накапливающий сумматор 31, дополнительный регистр 32 памяти, л блок 33 сравнения кодов, третий дополнительный триггер 34 и два дополнительных элемента И 35 и 36.Выход счетчика 1 импульсов соединен с первым входом блока 7 вычитания частот, выход которого соединен 60 с входом счетчика 2 импульсов, выход которого соединен с входом счетчика 5 импульсов, второй вход которого соединен с входом счетчика 4 импульсов, а второй вход счетчика 1 импульа второй вход - с выходом первого элемента И 35 и входом счетчика-дели. теля 30 частоты на два, выход которого соединен с входом второго дополнительного счетчика 29 импульсов, выход которого соединен с дополнительным регистром 32 памяти при показателе, равном 1/2 и с входом блока ЗЭ сравнения кода при показателе, равном 2, второй вход регистра 32 памяти соединен с выходом элемента И 36, вход которого .соединен с выходом триггера 34, выход накапливающего сумматора 31 - с входом блока 33 сравнения кодов при показателе, равном 1/2, и регистром 32 памяти при показателе 2В основуформирования степенной характеристики преобразования каК с показателем 2, так и 1/2, расширяющих функциональные возможности преобразователя, положена следующая закономерность нечетных чисеЛ ариф" метического ряда: 11+31+ 3+51+3+ 5+71+ 3+ 5+ 7+ 9 149 (1)1625 и т.д. 122232=42 =52 В общем виде для числа и и =(23. -1). Ъ,дЛ Выражение (11 является алгоритьюмвычисления квадрата числа и.Отсюда можно записить следующийалгоритм вычисления квадратного корЯя:(2) ли 2 = и и 2 в (2 д -1) = О. =л при Преобразователь работает следующим образом. сов - с выходом счетчика 3 импульсов, вход счетчика импульсов 5 соединен с входом регистра б памяти, входы триггера 8 - соответственно с выходом формирователя 25 импульсов ивходом триггеров 9 и 10., а выходы -с входами ключей 11 и 12, выходы которых соединены с входами блоков 13и 14 сравнения и, конденсатооа 15,вхоД элемента И 16 соединен с входомэлемента И 18, входы элемента И 17с выходами триггеров 9 и 10, а выход - с входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом элемента И 19 и входом Формирователя 24импульсов, выход которого соединен свходом ждущего мультивибратора 21,потенциометр 26 через резистор 27соединен с входом ключа 11, первыйвход дополнительного счетчика 28с входом накапливающего сумматора 311112550 Аналоговый сигнал 0 поступает на первый вход блока 13 сравнения напряжений. На счетный вход счетчика 1 поступает последовательность импульсов эталонной частоты Г на первые входы элементов И 18 и 19 - последовательность импульсов с частотой ГрВ исходном состоянии при нулевых значениях аналоговой и цифровой экспонент с шины "Сброс" основного канала преобразования поступает импульс, который устанавливает накапливающий сумматор 31,счетчики 28 и 29 импульсов и триггер34 в нулевое состояние, а счетчик-делитель 30 частоты на 2 - в состояние логической "1". 15 Соотношение между опорными частотами Гр основного канала преобразования и Г" , поступающей на вход элемента И 35, (а также разрядность счет чика 2 основного канала преобраэова О ния и счетчика 29 импульсов) выбирается исходя из требуемой погрешности вычислений и равно при требуемой точности вычислений квадратного корня до к-го знака после запятой Из выражения 41 получаем- -Та 1 п(1 - )Цпи, подставив в выражение (5), имеем(6) М = И С 1-(1 - ) 1 (7)0т отсюда при Т =Т получаем линейную зависимость кода в счетчике 2 от изменения напряжения на конденсаторе 15 д ЬХ р(8) При Б= У срабатывает блок 13 и сигнал с его выхода через формирователь 22 производит запись кода из счетчика 2 в регистр б,Одновременно при начале формирования аналоговой и цифровой экспонент сигнал "Сброс" снимается Б локсравнения кодов выдает сигнал логической "1". при соотношении йк И 2 10 ) БЗ 1(10) Где И. - код, набранный в счетчике 2 Р Б - код на выходе накапливающего сумматора 31.После поступления первого импульса на вход счетчика 2 на выходе блока 33 сравнения кодов появляется сигнал логической "1" и импульсы с частотойначинают проходить на входы счетчика 28 импульсов и счетчика-делителя 30 частоты на два. После первого импульса, насчитанного счетчиком 28, на выходе счетчика-делителя 30 появляется отрицательный перепад напряжения, по которому осуществляется суммирование содержимого счетчика 28 (1 с содержимым накапливающего сумматора 31 ;0, Одновременно срабатывает счетчик 29 импульсов.Так при к = 2 10000 И = 10000 И,= 1, на выходе блока 33 сравнения кодов остается сигнал логической "1" и с третьим импульсом частотыосуществляется суммирование с содержимым накапливающего сумматора 31 числа 3, с пятым импульсом - числа 5 и т.д.После двухсотого импульса частоты ," в накапливающем сумматоре 31 появляется число 10000, что соответствует числу 100(1,00), сосчитанному счетчиком 29 импульсов на выходе блока 33 сравнения кодов, соответственно на выходе первого элемента И 35 появляется сигнал логического "0", и импульсы на вход счетчика 28 Н = 0(1 - е % )(4) где- текущее время,Т - постоянная времени аналоогового генератора (зарядаконденсатора 15);е - основание натурального лога рифма.Выходной код счетчика 2 изменяется по закону Нр = М 0(1 - е Ф ), (5) 60 где И - код, к которому стремится цифровая экспонента; Т - постоянная времени цифровоЧ го генератора. 65Начало цикла преобразования определяет сигнал с выхода формирователя ЗО25, который, поступая на первые вхо"ды триггеров 8-10, устанавливает ихв исходное состояние и осуществляетсброс счетчика 2. Единичные сигналыс первых выходов триггеров 9 и 10 через элементы И 16, ИЛИ-НЕ 20 поступают на вторые входы элементов И 18и 19, запрещая прохождение частотычерез них на входы счетчика 3.Единичный сигнал с первого выхода триггера 8 замыкает ключ 11, подключающий конденсатор 15,к источникунапряжения У . Одновременно начинают. ся заряд конденсатора 15 через ре зистор 27 и набор информации в счетчике 2, начиная с нулевого значения. 45Во время заряда конденсатора напряжение на нем изменяется по законуимпульсов и счетчика-целителя 30 нь проходятПосЛе поступления второго импульса на вход счетчика 2 основного канала преобразования процесс повторяется, на момент окончания преобразования в счетчике 29 набрано число 142(1,42).Преобразование происходит аналогич но до того момента пока не сравняются входные напряжейие преобразователя и напряжение аналоговой экспоненты. При этом срабатывает блок 13 сравнения напряжений, на шине "Запись" появляется импульс который перебрасывает триггер 34 и на вто ром входе элемента И 36 появляется сигнал логической "1". По окончании преобразования на инверсном выходе блока 33 сравнения кодов также появляется сигнал логической "1", который 2 О поступает на первый вход элемента И 36, при этом с выхода элемента И 36 на вход регистра 32 памяти поступает сигнал записи. содержимое счетчика 29 переписывается в регистр 25 32 и поступает на выход преобразователя.Сигнал логической "1" с выхода эле мента И 36 устанавливает триггер 34в исходное состояние. на первом входе элемента И 36 появляется сигнал логического "0", запрещая прохождение импульсов записи на вход регистра 32. По окончании аналоговой и цифровой экспонент вновь формируется сигнал "Сброс" и процесс преобразования в дальнейшем повторяется.Таким образом, на выходе регистра 6 Памяти преобразователя формируется код, пропорциональный входному напряжению ц, а на выходе регистра 32 памяти - пропорциональный корню квадратному из входного напряжения С,Аналогично осуществляется процесс возведения кода в квадрат (фиг; 2), Так как при этом к блоку 33 сравнения кодов подключены информационные выходы счетчика 29 импульсов, а выходы накапливающего сумматора 31 регистру 32 памяти, в последний записывается код, пропорциональный квадрату входного напряжения ф .Значение опорной частоты при этомвыбирается из соотношенияо Ъ 2 оТаким образом, технико-экономичес ким преимуществом предлагаемого преобразователя является то, что он позволяет преобразовывать в цифровой код аналоговые сигналы как датчиков с линейной характеристикой, так и степенной с показателями 2 или 1/2 и одновременно его линеаризовывать..Саенко Текред И,Кузьма ец едак ктор Е.Сирохма Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 каэ 6467/43 ВНПИПИ ГосУ по делам 113035, Мос