Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 04 Н 03 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ИСАНИЕ ИЭ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 225/24-24.858.86. Бюп. 9ральное констометеор ологичя ктор ск кого и(57) Изобр тельной те басто час вано в качестве автономного и е- ои мер изм тот, пропорциональн емой и эталонной ан ряемой аналогово"эт ) Пи у сумьогов рительного прибора с автоматическ цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погрешностей преобразователя, Изобретение позволяет повысить точность преобразования путем компенсации указанных погрешностей, Это достигается тем, что в способе аналого в цифрово преобразования, основанном на преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины Н с помощью преобразователя аналогчастота, затем преобразования в частоту следования импульсов суммы эталоннойизмеряемой аналоговых величин 11 т + П, и подсчете импульсов И В ЕЛИЧИНЬ подсчитанн итм нт мощью генератора импульсов, элемИ, формируют вторую частоту зания, кратную первой частоте запния и обратно пропорциональнуюности (Ц + Н ) Ц,и у и запняют сформированный временной инвал второй частотой заполнения,считьвают импульсы этой частотыверсивным счетчиком, по количестимпульсов судят о результате аналцифрового преобразования. 2 з.п5 ил неа лтер од-лы,(21) 3835 (22) 03, 0 (46) 15. 0 (71) Цент бюро гидр ростроени (72) В,И (53) 681 (56) Авт В 769734Автор У 938399 АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУетение относится к измерихнике и может быть исполь,801251327 А 1 этих частот реверсивными счетчиками за эталонное время, которое задается блоком управления, с последующим определением разности подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналогоВой Величины (П.,т + Пим ) Цзт йреобразуют затем в частоту следоваЬния импульсов измеряемую аналоговую величину П, за эталонное время,ИЗипосле чего с помощью вычитающего счетчика, реверсивного счетчик мируют временной интервал, пря пропорциональный первой разнос подсчитанных импульсов частот ратно пропорциональный первой те заполнения, определяют вто разность подсчитанных импульсоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматическогоизмерения, а также н качестве автономного измерительного прибора савтоматической цифровой коррекциейаддитивной имультипликативной погрешностей преобразования аналоговой величины в цифровой код,Целью изобретения является повышение точности преобразования,На фиг. изображена функциональная схема устройства дпя реализацииспособа; на фиг,2 - алгоритм работыспособа; нафиг,3 - вариант подключения датчиков, на фиг.4 - вариантвыполнения блока управления; на фиг. 5.временные диаграммы работы блокауправления.В состав устройства входят датчики эталонной 1 и измеряемой 2 аналоговых величин, аналоговые ключи 3и 4, лок 5 управления, преобразователь 6 аналог-частота, элементы И 7,8, генератор 9 импульсов, элементИ 1 О, триггер 11, элемент И 12, элемент ИЛИ 1 3, реверсивный счетчик 14,группа элементов И 15, вычитаюшийсчетчик 1 б импульсов, делитель 17частоты с постоянным коэффициентомделения, реверсивный счетчик 18, выходная шина 9.Блок 5 управления (фиг,4) содержит генератор 20 импульсов, счетчик21 импульсов, дешифратор 22,Аналого цифровое преобразованиеподанному способу осуществляетсяследующим образом .На первом такте работы на входпреобразователя б подключают датчикэталонной аналоговой величины А,Поскольку преобразователь 6 вноситв результат преобразования аддитивную И и мультипликатинную к погрешности измерения (вызываемые вобщем случае изменениями температур.но-влажностного режима, уходами источников питания т.д,), результатпреобразования первого такта можнопредставить в видеИ; Н, + с.,А (1)На втором такте работы на входпреобразователя 6 подключают датчикизмеряемой аналоговой величины А ;х"Результат преобразования второгоВа третьем такте работы на вход преобразоватсля 6 подключают датчик эталонной Аи измеряемой Ааналоговых величин. Результат преобра-. зования третьего такта можно представить н виде1 =И +1 с (А,+ А) =М, (3) (Последовательность подключения источников измеряемой и эталонной аналоговых величин может быть иной) .На четвертом такте работы Формируется временной интервал Т, путем считывания количества импульсов Ю - И = 1 Аимпульсами частосци т 10 1 с А(4)с.чи тСформированный временной интервал Т заполняется импульсами Р частоты заполнения, которая прямо пропорциональна. частоте Г генеаап ратора и обратно пропорциональна количеству импульсовапР (5)гоп 1 с Ахтвыходной код И ,20 равен Г ап Ах х(6) А хт сци 1 выбираетсяВ Ь 1 х частота Г,т аамф опМ Если ЗО кратнойГ счет МА А,(8) то И,х 35Кратность частот К ц и Евыбирается, исходя иэ требуемой точности аналого-циФрового преобразования и абсолютного значения величиныА , Абсолютное значение частот Йи Г, могут изменяться (даже в процессе одного цикла аналого-цифрового преобразования), однако, поскольку они однозначно связаны друг сдругом (например, Г,., получаемделением частоты Й,. в М раз), изменение этих частот не повлияет наконечный результат аналого-цифрового преобразования, Как видно из фор 50мулы (8), на результат аналого-цифрового преобразования не влияет аддитивная и мультипликативная погрешности преобразователя аналог-частота, причем аналого-цифровое преобра"эование осуществлено с использова 55 нием только одного эталонного источника аналоговой величины,Устройство работает следующимобразом, 1251327На первом такте работы блок 5 размыкает аналоговый ключ 3 и замыкает аналоговый ключ 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будет подключен датчик 1 эталонной аналоговой величйны 1 (в конкретном случае это эталонный резистор К,). Если в качестве измеряемой аналоговой величины используется напряжение, то суммирование напряжений можно осущест вить при помощи суммирующего операционного усилителя с управляемыми входами и т.д, Кроме того, блок 5 на первом такте работы подает разрешение йа время Т на элемент И 10, 15 и частота Р, с выхода преобразователя 6 поступает через элемент ИЛИ 13 на вычитающий вход счетчика 18, в котором к концу первого такта будет записано количество импульсов Б, 20Н, =Т, Р, =Н; +Т,К,А (9) где 1 х 1 . - адцитивная погрешность преобразователяаналог-частота;К, - К(1 м ) - крутизна преобразова1 ьтеля б (в общем случае);ф - мультипликативная погрешность преобразователя аналог-частота;Т - время первого тактас(равное времени навт ор ом и тр ет ьем т актах)На втором такте работы устройства блок 5 замыкает аналоговый ключ 3, размыкает аналоговый ключ 4,- в результате чего на вход преобразователя б будет подключен датчик 2(в конкретном случае это резистор К, величина которого зависит от измеряемой Физической величины). Кроме того,на втором такте работы устройства блок 5 подает разрешение на время Т, на элемент И 8, и частота с выхода преобразователя 6 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 14, на который к концу второго такта поступит количество импульсов МБ = Тс Р = Т 1 с. А + Бо 1 (10) На третьем такте работы устройства блок 5 размыкает аналоговые ключи,55 3 и 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будут последователь но поключены датчики 1 и 2. Крометого, на третьем такте работы устройства блок 5 подает разрешение на время Т, на элемент Ии частота Р с выхода преобразователя 6 поступает на суммирующие входы реверсивных счетчиков 14 и 18, в которые к концу третьего такта поступит количество импульсов 1 х 1Н =ТР =М +Т 1 с(А, +А).(11) На четвертом такте работы устройства блок 5 подает импульс на 5 - в ход триг гер а 11, устанавливая его в едИничное состояние, и с прямого выхода тригерра 11 разрешение поступает на вход элемента И 12, на другой вход которого поступает частота с выхода генератора 9. Частота Г , с выхода элемента И 12 поступает на вход вычитающего счетчика 1 б, который в совокупности с группой элементов И 15 представляет собой двоичный делитель, с выхода которого на выходную шину 19 поступает частота Г(14)МТ,1 с, АКроме того, частота Р, через делитель 17 с постоянным коэффициентом М деления и элемент ИЛИ 13 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, уменьшая его содержимое до нуля, после чего триггер 11 возвращается в исходное, нулевое состояние. Время, в течение которого содержимое реверсивного счетчика 18 уменьшится до нуля, равно М, МТ 1 сА18 - й. .1. Х (15)1" й м Таким образом, за время на выходе шины 19 будет сформировано количество импульсов И,ы1 х 1 = Е й = М - (16)АВых аахм 16 АГКак следует из формулы (16) на выходной код Б результата анало"ВыХго-цифрового преобразования не влияК концу третьего такта работы устроиства в реверсивном счетчике 14 будет подсчитано количество импульсов 1 х 1,зса в реверсивном счетчике 18 будет подсчитано количество импульсов 1 х 1И = Б, - Б, = Тс 1,Ах. (13)ют аддитивная мультипликативная. погрешности преобразователя 6.Блок управления работает следующим образом (фиг.4, 5).Генератор импульсов 20 непрерывно вырабатывает импульсы, которыепоступают на счетчик 21, выходамисоединенный с входами дешифратора 22,на выходах которого вырабатывается 10последовательность импульсов управления, необходимых для осуществления рассмотренных выше операций,формула изобретения 151. Способ аналого-циФрового преобразования, заключающийся в преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины 20 и подсчете импульсов этой частоты за эталонное время, преобразовании в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых Величин и подсчете импульсов этой 25 частоты за эталонное время, определении первой разности подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой 30 величины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьшения точности преобразования, осуществляют дополнительное преобразование в частоту следования импульсов измеряемой ана- З 5 логовой величины и подсчет импульсов этой частоты за эталонное время, после чего формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных импульсов час О тот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых величин и измеряемой аналоговой величины, формируют вторую частоту заполнения, кратную первой частоте заполнения и обратно пропорциональную второй разности подсчитанных импульсов частот, и формируют выход - ной код путем подсчета количества импульсов второй частоты заполнения на сформированном временном интервале.552. Устройство аналого-цифровогопреобразования, содержащее генераторимпульсов, делитель частоты, датчики эталонной и измеряемой аналого -вых величин, первый и второй аналоговые ключи, выход первого ан алог ового ключа соединен с входом преобразователя аналог-частота, выходкоторого соединен с первыми входамипервого, второго и третьего элементов И, суммирующие входы первого ивторого реверсивных счетчиков импульсов объединены и соединены с выходомпервого элемента И, вычитающие входыпервого и второго реверсивных счетчиков импульсов соединены соответственно с выходами второго элемента И иэлемента ИЛИ, выход второго реверсивного счетчика импульсов соединенс К-входом триггера, прямой выходкоторого соединен с первым входомчетвертого элемента И, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены блок управления, вычитающий счетчик импульсов, группа элементов И, первые входы которых соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов, вторые входы объединены и соединены с выходомвычитающего счетчика и являются выходной шиной, а выходы группы элементов И соединены с установочнымивходами вычитающего счетчика импульсов, счетный вход которого объединенс входом делителя частоты и соединенс выходом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходомгенератора импульсов, выход делителячастоты соединен с первым входомэлемента ИЛИ, второй вход которогосоединен с выходом третьего элементаИ, Б-вход триггера соединен с первымвьгходом блока управления, второй,третий и четвертый выходы которогосоединены соответственно с вторымивходами первого, второго и третьегоэлементов И, пятый и шестой выходыблока управления соединены соответственно с первыми входами первогои второго аналоговых ключей, второйвход первого аналогового ключа объединен с входом датчика измеряемойаналоговой величины и соединен собъединенными выходами датчика эталонной аналоговой величины и второгоаналогового ключа, вход которого ивход датчика эталонной аналоговойвеличины объединены и являются общейшиной, выход датчика измеряемой ана 1 251327логовой величины соединен с входомпреобразователя аналог-частота,3. Устройство по п.2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на генераторе импульсов, счетчике импульсов, дешифраторе, первый, второй, третий,четвертый, пятый и шестой выходыкоторого являются соответственновторым, третьим, четвертым, шестым,пятым и первым выходами блока управления, входы дешифратора соединеныс соответствующими выходами счетчикаимпульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсовКорректор Е.Рош Реда Слободяник ерднщова Заказ 4426/58 Тираж 816 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набПодписно ст вени о-п олигр ское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4