Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН801249705 03 М 1/б МИТЕТ СССР Й И ОТНРЫТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯН АЮТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. 1976, с. 43, рис. 1-15.Авторское свидетельство СССР486473, кл. Н 03 К 13/20, 1973. (54) АНАЛОГОФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к импульсной технике и является преобразователем с промежуточным преобразованием напряжения в частоту следования импульсов, в котором для повьппения точности входы цифроаналогового преобразователя 14 соединены с выходами счетчика 6, выход - с вторым входом переключателя 1, управляющий входобъединен с вторым входом первогоэлемента ИЛИ 8 и подключен к первомувыходу второго триггера 13, вход установки в "О" и счетный вход которого объединены соответственно с первым и вторым входами третьего триггера 26 и подключены соответственнок выходам вт 6 рого элемента ИЛИ 7 итретьего элемента И 21, первые входькоторых объединены с первым входомтретьего элемента ИЛИ 18 и первымвходом четвертого элемента И 22 иподключены к выходу первого дешифратора нулевого кода 10, второй входчетвертого элемента И 22 объединенс первым входом четвертого элемента ИЛИ 19, входом включения режимасуммирования второго реверсивногосчетчика 15 и подключен к первомувыходу первого триггера 5, а выходчетвертого элемента И 22 соединен с1249705 входом установки в "1" второго триггера 13, причем вход включения режима вычитания второго реверсивного счетчика 15 подключен к второму выходу первого триггера 5, вход установки в "0" объединен с входом установки в "0" первого реверсивного счетчика 9 и подключен к второму выходу первого одновибратора 4, а счетный вход соединен с выходом пятого элемента ИЛИ 20, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента И 23, первый вход которого подключен к выходу генератора. 12 импульсов, второй вход объединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ 19 и подключен к выходу третьего тригге. ра 26, третий вход объединен с первым входом шестого элемента И 24 и подключен к первому выходу второго Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой кодс промежуточным преобразованием в .частоту импульсов.Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения погрешностиот нелинейности характеристики преобразования,На фигпредставлена схема. устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы,Аналого-цифровой преобразователь(АЦП) содержит переключатель 1, первый вход которого является входнойшиной устройства, а вьпсод через преобразователь 2 напряжения в частотуследованияимпульсов (ПНЧ) соединенс первым входом первого элемента И 3,первый одновибратор 4, вход которогоявляется шиной "Запуск устройства",.первый выход соединен с входом установки "1" первого триггера 5, второй вьпсод - с входом установки в "О"счетчика 16, разрядные выходы которого являются выходными шинами устройства, а счетными вход соединен свьпсодом второго элемента И 7, авыход переполнения - с входом установки в "0" первого триггера 5, первый выход которого соединен с управодновибратора 11, вход которого является шиной запуска устройства, авторой выход - с вторым входом второго элемента ИЛИ 17, второй входшестого элемента И 24 соединен с выходом преобразователя 2 напряженияв частоту следования импульсов, атретий вход объединен с третьим входом второго элемента И 7 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 8,при этом выход четвертого элемента ИЛИ 20 соединен с третьим входомпервого элемента И 3, а выход второго дешифратора 16 нулевого кода через третий одновибратор 25 подключен к второму входу третьего элемента И 21 , а выход третье -го элемента ИЛИ 18 являет -ся шиной " Конец преобразования". 2 ил. ляющим входом переключателя 1, пер- ,вым входом первого элемента ИЛИ 8и входом включения режима суммирования первого реверсивного счетчика 9,к выходам которого подключен дешифратор 10 нулевого кода, а второй выход первого триггера соединен с входом включения режима вычитания первого реверсивного счетчика, счетный 1 О вход которого подключен к выходупервого элемента И 3, второй одновибратор 11, первый выход которогосоединен с вторым входом первогоэлемента И 3 и первым входом второ го элемента И 7, второй вход которого соединен с выходом генератора 12импульсов, второй триггер 13, цифроанапоговый преобразователь (ЦАП) 14,опорный вход которого является шиной 2 О опорного сигнала, второй реверсивныйсчетчик 15, выходы которого соединеныс входамн второго дешифратора 16нулевого кода на выходах, четыре элемента ИЛИ 17-20, четыре элемента 25 И 21-24, третьи одновибратор 25 и,триггер 26. Причем входы ЦАП 14 соединены с выходами счетчика 6, выход - с вторым входом переключателя 1, управляющий вход объединен с ЗО вторым входом первого элемента ИЛИ 8и подключен к первому выходу второго12497054та ИЛИ 18, сигналы 29 и 30 на первых выходах одновибраторов 4 и 11,сигналы 31-33 на первых выходахтриггеров 5, 13 и 26, сигнал 34 навыходе элемента ИЛИ 8, разрешающий5работу счетчика 6, сигнал 35 переполнения счетчика 6, сигнал 36 навыходе элемента ИЛИ 19, разрешающийработу реверсивного счетчика 9, вы- 10 ходной сигнал 37 одновибратора 25,выходной сигнал 38 дешифратора 1 О.Устройство работает следующимобразом.В начале первого такта за время15 о выполняется измерение У и полукчается цифровое значение Р а затемпреобразуется 11, и получается результ;т Х, который содержит погрешностьХ 6 , обусловленную нелинейностьюфпередаточной характеристики ПНЧ.Уменьшение этой погрешности выполняется во втором такте путем ее определения и коррекции ХДля этого сначала в ПНЧ за времяТ, преобразуется напряжение, полученное в ЦАП по коду Х. В течениеэтого времени импульсы с выхода ПНЧвычитаются из Р, . Оставшаяся разностьзатем компенсируется до нуля импульсами, полученными в резуль.зте преобразования О ПНЧ. По длительностиэтой компенсации определяется величина Х, которая незначительно отличается от ХБ и используется для коррекции Х, при получении окончательного результата преобразования Хзк концу второго такта. 3триггера 13, вход установки "О" исчетный вход которого объединены соответственно с первым и вторым входами третьего триггера 26 и подключены соответственно к выходам второгоэлемента ИЛИ 17 и третьего элемента И 21, первые входы которых объедииены с первым входом третьего элемента ИЛИ 18 и первым входом четвертого элемента И 22 и подключены к вьходу первого дешифратора 1 О нулевогокода, второй вход четвертого элемента И 22 объединен с первым входомчетвертого элемента ИЛИ 19, входомвключения режима суммирования второго реверсивного счетчика 15 вторымвходом элемента ИЛИ 18 и подключен к первому выходу первого триггера 5, а выход четвертого элемента И 22 соединен с входом установки в "1" второго триггера 13, причем вход включения режима вычитания второго реверсивного счетчика 15 подключен к второму выходу первого триггера 5, вход установки в "О" объединен с входом установки в "О" первого реверсивногосчетчика 9 и подключен к второму выходу первого одновибратора 4, а счетный вход соединен с выходом пятогоэлемента ИЛИ 20, первый и второй вхо ,ды которого соединены соответственнос выходами пятого и шестого элементов И 23 и 24, первый вход элемента И 23 подключен к выходу генератора 12 импульсов, второй вход объединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ 19 и подключен к выходутретьего триггера 26, третий вход - с первым входом шестого элемента И 24 и подключен к первому выходу второгоодновибратора 11, вход которого является шиной "Запуск устройства", авторой выход - с вторым входом второго элемента ИЛИ 17, второй вход шестого элемента И 24 соединен с выходом ПНЧ 2, а третий вход объединенс третьим входом второго элемента И 7и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 8, при этом выход четвертого элемента ИЛИ 19 соединен с третьим входом первого элемента И 3, а вы ход второго дешифратора 16 нулевого кода через третий одновибратор 25 подключен к второму входу третьего элемента И 21, а выход третьего элемента ИЛИ 18 является шиной "Конец 55 преобразования".Обозначены также (фиг. 2) сигналы 27 и 28 пуска и на выходе элеменВ АЦП это реализуется следующим образом.Преобразование начинается по внешнему сигналу пуска. По перепаду "О" этого сигнала запускаются одновибраторы 4 и 11. Сигнал перепада "О" с нулевого выхода первого из них устанавливает в "1" триггер 5, сигнал,31 с первого выхода которого проходит через элемент ИЛИ 18 и сигнализирует о начале выполнения преобразования в АЦП (сигнал 28). Сигнал 30 с первого выхода одновибратора 11 поступает на входы элементов И 3, 7, 23 и 24 и запрещает прохождение через них импульсов на входы счетчиков 6, 9 и 15, которые ус танавливаются в "О" сигналом 29 с первого выхода одновибратора 4, По окончанию. сигнала 30 его перепадом "О" устанавливаются в "О" через эле1249705 5мент ИЛИ 7 триггеры 13 и 26 и открываются элементы И 3, 7 и 24. С этого момента начинается первый такт преобразования, длительность Т которого формируется счетчиком 6 с помощью импульсов генератора 12, проходящих через элемент И 7. Подсчет этих импульсов продолжается до возникновения сигнала переполнения счетчика 6 (перепад "0" сигнала 35), ко- О торый устанавливает в "0" триггер 5. Снятие сигнала 31 с его первого выхода через элемент ИЛИ 8 закрывает элемент И 7 и запрещает прохождение импульсов в счетчик 6, 5В течение Т, по сигналу 31 переключателем 1 входное напряжение 1 подключено к ПНЧ 2, выходные импульсы которого поступают на счетчики 9 и 15 через элементы И 3 и 24, вклю ченные сигналами 36 и 34 с выходов элементов ИЛИ 19 и 8 соответственно. В счетчиках 9 и 15 сигналом 31 включен режим суммирования и происходит подсчет импульсов.ПНЧ 2, число кото рых за Т, составляет Р, .По окончании Т если Р Ф О, то сигнал 38 с выхода дешифратора 10 разрешает прохождение перепада "0" сигнала 31 через элемент И 22 на ус- ЗО тановку в "1" триггера 13 и выполнение дальнейшего преобразования. Если же в счетчике 9 Р = О, то элемент И 22 закрыт, преобразование заканчивается, о чем сигнализирует уро- З вень ."О" сигнала на выходе элемента ИЛИ 18, а результат преобразования равен нулю. С установкой в "1" триггера 13 его выходной сигнал 32 включает в ЦАП 14 ф выходное напряжение У и разрешает работу элементам И 7 и 24, проходя через элемент ИЛИ 8. Переключение в и и0 триггера 5 приводит к подключению выходного напряжения ЦАП 14 пе реключателем 1 к входу ПНЧ 2 и к включению режима вычитания в счетчиках 9 и 15. Поэтому импульсы с выхода ПНЧ 2 уменьшают код Р полученный в счетчике 15, а импульсы с вы хода генератора 12 подсчитываются счетчиком 6. При появлении в счетчике 15 кода "0" сигнал с выхода дешифратора 16 запускает одновибратор 25,.выходной сигнал 37 которого 55 проходит через элемент И 21 и устанавливает в "1" триггер 26 и в "0" триггер 13 по счетному входу. 6На этом первый такт преобразования заканчивается, в счетчике 6 получен предварительный результат преобразования Х.Работа во втором такте начинается по сигналу 33 с первэго выхода триггера 26, который включает элементы И 23 и 3 (через элемент ИЛИ 19) для прохождения импульсов от генератора 12 и от ПНЧ 2 соответственно в счетчики 15 и 9. На выходе ЦАП 14 устанавливается напряжение Б = Х,Ь, где л- квант по напряжению, равный кванту АЦП. Это напряжение подключается переключателем 1 к ПНЧ 2, выходные импульсы которого уменьшают величину Р в счетчике 9. В счетчи 1ке 15 импульсы генератора 12 вычитаются из кода "0. Этот процесс продолжается до повторного появления в счетчике 15 кода "0", т.е. по.поступ- пению Р, импульсов и прохождению времени Т когда сигнал дешифратора 16 запускает одновибратор 25, ко-. торый своим выходным сигналом 37 через элемент И 21 по счетному входу установит в "1" триггер 13. Сигнал 32 с первого выхода триггера 13 включает в ЦАП 14 напряжение 1 в результате преобразования которого импульсы с выхода ПНЧ 2 через элемент И 3,=гкрытый сигналом 36, поступают на счетчик 9 и продолжают уменьшать величину РЕсли оставшаяся разность к мо. - менту окончания Т, становится равной нулю, то величина Х в счетчике 6 представляет собой окончательный ре" зультат и преобразование заканчивается, так как сигнал с выхода дешифратора 10 закрывает элемент И 21 и устанавливает "О", перепадом в "0" триггеров 13 и 26, все элементы И 3, 7, 23 и 24 закрываются и снимается сигнал 28 выполнения преобразования на выходе элемента ИЛИ 18.После окончания Т, уменьшение оставшейся разности в счетчике 9 происходит до "О" за время Т . Вк течение Т сигнал 34 открывает элеХмент И 7, через который на вход счетчика 6 от генератора 12 поступает Х импульсов. В счетчике 6 получен код Х = Х, + Х, представляющий собой окончательнйй результат преобразования, выдаваемый на выходные клеммы. В момент окончания Т по коду "0"Ксчетчика 9 на выходе дешифратора 1 Осигнал 38 снимается и преобразованиезаканчивается.Формула изобретения,Аналого-циФровой преобразователь, содержащий переключатель, первый вход которого является входной шиной устройства, а выход через преобразователь напряжения в частоту следо вания импульсов соединен с первым входом первого элемента И, первый одновибратор, вход которого является шиной "Запуск устройства", первый выход соединен с входом установки в 15 "1" первого триггера, второй выход - с входом установки в "О" счетчика, разрядные выходы которого являются выходными шинами устройства, счетный вход соединен с выходом второ го элемента И, а выход переполнения - с входом установки в "О" первого триггера, первый выход которого соединен с управляющим входом переключателя, первым входом первого элемента ИЛИ и входом включения режима суммирования первого реверсивного счетчика, к выходам которого подключены входы дешифратора, нулевого кода, а второй выход первого триггера соеди нен с входом включения режима вычитания первого реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй одновибратор, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй триггер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точ-. ности, в него введены цифроаналоговый преобразователь, опорный вход которого является шиной опорного сигнала, второй реверсивный счетчик, 45 выходы которого соединены с входами второго дешифратора нулевого кода, четыре элемента ИЛИ, четыре элемента И, третьи одновибратор и триггер, причем цифровые входы цифроаналогово 50 го преобразователя соединены с выходами счетчика, .выход - с вторым входом переключателя, управляющий вход объединен. с вторым входом первого элемента ИЛИ и:подключен к первому выходу второго триггера, вход установки в "О" и счетный вход которогообъединены соответственно с первыми вторым входами третьего триггераи подключены соответственно к выходам второго элемента ИЛИ и третьегоэлемента И, первые входы которых объединены с первым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом четвертого элемента И и подключены к выходу первого дешифратора нулевогокода, второй вход четвертого элемента И объединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, входом включения режима суммирования второго реверсивного счетчика 1 вторым входом третьего элемента ИЛИ и подключен к первому выходу первого триггера, а выход четвертого элемента И соединен с входом установки в "1" второго триггера, причем вход включения режима вычитания второго реверсивногосчетчика подключен к второму выходупервого триггера, вход установки в"О" первого реверсивного счетчика иподключен к второму выходу первогоодновибратора, а счетный вход соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами пятого и шестого элементов И, первый вход пятого элемента И подключенк выходу генератора импульсов, второй вход объединен с вторым входомчетвертого элемента ИЛИ и подключенк выходу третьего триггера, третий вход объединен с первым входом шестого элемента И и подключен к первому выходу второго одновибратора,вход которого является шиной "Запускустройства", а второй выход соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, второй вход шестого элемента И соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту следования импульсов, а третий вход объединен с третьим входом второго элемента И и подключен к выходу первого элемента ИЛИ, при этом выход четвертого элемента ИЛИ соединен с третьим входом первого элемента И, выход второго дешифратора нулевого кода через третийодновибратор подключен к второму входу третьего элемента И, а выход третьего элемента ИЛИ является шиной "Конец преобразования".1249705 г 7 Я ю Ю Л Л ,у 4У 5 Я ,77 78 Составитель В. МахнановРедактор Н, Бобкова ТехредВ.Кадар Корректор С. Шекмар Заказ 4339/59 Тираж 816 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5