Цифровой вольтметр

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 1 К 19/25 Т СССРОТНРЫТИ РЕТ Я бразовател налолоковат цифр ов предел 4 час а, форми управления ножитель 7, накапливаю- регистр 10, ое соединеия перио оты, блок ульсов, у а выборки и выходно генератор 6 исчетчик 8 общий сумматорПредложенноение элементов ъе 9кцион льтме исключает пользования сложи еобходимост локов, таки ак перемнож ель, деного кор атель квадратго устройство облжностью, имеет зн тель и извл За счет э большой на а и понии при габариты, ве ость. В опис реализации а тельно меньшие требляемую мощ ведены примеры цифрового прео теля 7 и накап 3 з.пф-Лы, 3 ого- множиователяющего су тора 9 заЮ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Живилов Г,Г, и др, Быстродействующий цифровой вольтметр диапазоначастоты 0,05-1000 Гц. - Элементы,узлы, блоки средств электроизмерительной техники: Труды/ВНИИЭП, Л,:1981, с,63-69,(57) Изобретение может быть испольэовано , системах контроля и управления .ромышленными технологическимипроцессами и позволяет упростить констг; кцию вольтметра, Вольтметр содержит блок 1 входных усилителей,7791 А 11337791 55 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления промышленными технологическими процессами для измерениясреднего, средневыпрямленного и среднеквадратичного (действующего) значений периодического напряжения в диапазоне инфранизких частот,10Целью изобретения является упрощение вольтметра.На Фиг. 1 представлена схема цифрового вольтметра, на фиг. 2 - схема аналого-цифрового преобразователя; 15на фиг, 3 - схема блока управления.Цифровой вольтметр (фиг, 1) содержит блок 1 входных усилителей, аналого-циФровой преобразователь 2,блок 3 определения периода, Формирователь 4 частоты, блок 5 управления,генератор 6 импульсов, умножитель 7,счетчик 8 объема выборки, накапливающий сумматор 9 и выходной регистр 10, 25Вход блока 1 входных усилителейявляется входом вольтметра, Первыйвыход блока 1 входных усилителей соединен с первым информационным входоманалого-цифрового преобразователя 2, 30а второй выход - с входом блока 3определения периода, Первый входформирователя 4 частоты соединен спервым вьгходом блока 3 определенияпериода, а второй вход - с первымтактовым выходом генератора 6 импульсов. Первый вход запуска блока 5управления соединен с выходом формирователя 4 частоты, а второй входс вторым выходом блока 3 определенияпериода, Третий вход и первый управляющий выход блока 5 управления соединены соответственно с первым выходом (нОстанов цикла) и вторым входом (" Пуск" ) аналого-цифрового преоб 45разователя 2, второй выход - с управляющим входом умножителя 7, третийвыход - с управляющим входом накапливающего сумматора 9, четвертыйвыход - с управляющим входом выходного регистра 10, а четвертый входс вторым тактовым выходом генератора 6 импульсов. Информационный выходаналого-цифрового преобразователя 2соединен с информационным (вторым)входом умножителя 7, информационныйвыход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 9, Третий вход аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с информационным выходом накапливающего сумматора 9, четвертый вход - с вторым управляющим выходом блока 5 управления, информационный выход - с вторым входом выходного регистра 10, выход которого является информационным выходом вольтметра, Пятый вход и пятый управляющий выход блока 5 управления соединены соответственно с выходом и входом счетчика 8 объема выборки,Накапливающий сумматор 9 (фиг, 1) содержит сумматор 11 и сдвиговый регистр 12, Первый вход сдвигового регистра 12 соединен с первым выходом, а выход - с первым входом сумматора 11, Второй вход сдвигового регистра 12 является управляющим входом, второй вход сумматор 11 - информационным входом,а его второй выход - информационным выходом накапливающего сумматора 9Аналого-цифровой преобразователь 2 (фиг, 2) содержит компаратор 13, коммутатор 14, регистр 15 последовательного приближения и цифроаналоговый преобразователь 16. Выход компаратора 13 соединен с первым входом коммутатора 14, выход которого соединен с первым входом регистра 15 последовательного приближения, первый выход которого является первым выходом аналого-цифрового преобразователя 2. Второй выход регистра 15 через цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом компаратора 13. Первый вход компаратора 13 является информационным входом аналого-ггифрового преобразователя 2. Второй вход регистра 15 последовательного приближения является вторым входом аналого-циФрового преобразователя 2, Второй и третий входы коммутатора 14 являются соответственно третьим и четвертым входами аналогоцифрового преобразователя 2, Второй выход регистра 15 последовательного приближения является информационным выходом аналого-цифровгн о преобразователя 2,Умножитель 7 выполнен в ниде постоянного запоминающего устройства с дополнительным управляющим входом для переключения режимов измерения путем коммутации различных участков памяти,Блок 5 управления (фиг. 3) содержит семь триггеров 17 - 23, одновиб 1337791ратор 24, четыре элемента И 25-28, один элемент ИЛИ 29 и счетчик 30, Первым входом блока 5 управления является второй вход триггера 18 вто5 рым его входом - второй вход триггера 17, третьим его входом - вход одновибратора 24, четвертым его входом - второй вход триггера 21 и пятым его входом - вторые входы двух триггеров 19 и 23 и двух элементов И 27 и 28, Первым выходом блока 5 управления служит выход элемента И 27 а вторым выходом - выход триггера 20, Третий выход блока 5 управления составляют выходы элементов И 26 и ИЛИ 29 и триггера 23, четвертый выход- выход элемента И 25 и пятый выход выход элемента И 26, Выход триггера 17 соединен с третьим входом тригге П ра 18, Выход триггера 18 соединен с третьим входом триггера 19. Выход триггера 19 соединен с первым входом элемента И 27, К выходу одновибратора 24 подключецы первые входы трех 25 триггеров 18, 19 и 20 и двух элементов И 25 и 26, Вторые входы элементов И 26 и 25 подключены к выходу триггера 22, второй вход которого соединен с выходом элемента И 26, Первые входы двух триггеров 17 и 22 и элемента И 28 подключены к выходу триггера 23. Выход элемента И 28 соединен ,с первыми входами элемента ИЛИ 29 и счетчика 30, Второй вход элемента35ИЛИ 29 подключен к выходу элементаИ 25, Выход триггера 21 подключен ктретьему входу триггера 23 и второмувходу счетчика 30, К выходу счетчика30 подключены первые входы двух триггеров 21 и 23, второй вход триггера20 и четвертые входы двух триггеров 18 и 19.Цифровой вольтметр работает следующим образом,45Перед началом работы производят выбор измеряемого параметра сигнала(средневыпрямленное или среднеквадратичное значение напряжения) путемвключения в работу определенной области памяти в постоянном запоминающем устройстве умножителя по его дополнительному входу, Предварительной начальной установки цифровой вольтметр не требует, так как в конце каждого периода измеряемого сигнала после выдачи очередного результата измерения прибор сам автоматически выходит в исходное состояние. Измеряемое цапряжецце полают а вход блока 1 входных усилителей, в котором производят приведение напряжения к определенному уровню, требуемому для работы аналого-цифрового преобразователя 2, в зависимости от выбранного диапазона измерений, Блок 3 определения периода служит для преобразования входного периодического сигнала сложной формы в последовательность импульсов того же периода. Формирователь 4 частоты вырабатывает импульсы с частотой Г = И/Т, где М - объем" выборки, т.е. количество отсчетов мгновенных значений измеряемого напряжения за один период, Т - период измеряемого напряжения.Работу формирователя 4 частотытактируют высокочастотным сигналомот генератора 6 импульсов, Сигналы свыходов блока 3 определения периода,формирователя 4 частоты и генератора6 импульсов являются стартовыми дляблока 5 управления,В начале очередного периода входного напряжения сигналом с выходаблока 3 определения периода устанавливают триггер 17, сигнал с выходакоторого разрешает установку триггера 18, Ближайшим во времени импульсом с выхода формирователя 4 частоты устанавливают триггер 18, сигналс выхода которого разрешает установку триггера 19. Следующим во времениимпульсом,1 т генсратора 6 импульсовустанавливают триггер 19, сигнал свыхода которого разрешает прохождениетактовых импульсов генератора 6 импульсов через элемент И 27 на аналого-цифровой преобразователь 2 дляпуска регистра 15 последовательного приближения, Происходит цикл выборки мгновенного значения измеряемого напряжения аналого-цифровым преобразователем 2. При этом на вход регистра 15 последовательного приближения через коммутатор 14 подают выходные сигналы компаратора 93. По окончании цикла выборки регистр 15 последовательного приближения вырабатывает сигнал, который через одновибратор 24 сбрасывает триггеры 18 и 19. Кроме того, сигнал с выхода одновибратора 24 через элемент И 25 поступает на счетчик 8 объема выборки и далее через элемент ИЛИ 29, на накапливающий сумматор 9 как сигнал для накопления к предыдущей сумме очередного отсче1337791 тд. 11 одача тактовых импульсов черезлеыент И 27 прекращается, Тдк кактриггер 17 остался в установленномсостоянии, то при появления с выходаформирователя 4 частоты очередногостартового импульса в аналого-цифровом преобразователе 2 произойдет очередной цикл выборки мгновенного значения напрях,еция, накапливающий сум сматор 9 добавит к предыдущей сумме измерения средцеквддрдтичцого зца 15 чеши сигнала код ца выходе его ра 20 5 на тактоныи вход сдвигового регистра12. Тот жс сигнал с вьхода триггера23 сбрасывает триггеры 17 и 22, Сдвиг 30в сдвцгоом регистре 12 ндкоплсной тов сдвига и по окончании последнего такта вырабатывает сигцал завершения40 режима сдвига. Этим сигналом сбрасываются триггеры 21 и 23 и устанавливаются триггеры 18, 19 и 20, Сигналом с выхода триггера 19 разрешается прохождение тактовых импульсов на регистр 5 15 последовательного приближения, Ца 50 55 очередной отсчет, а счетчик 8 объема выборки изменит свое состояние цд 1.После И-го цикла выборки счетчик 8объема выборки сбросится и одцовремецно выдаст сигнал конца выборки,по которому установится триггер 21,сигцд: с выхода которого рдэрекцт ус -тацовку триггера 23 и работу с )стасика 30, Ближайшим о времс ци и.пу:ьсом от генератора 6 импульсов устдцоится триггер 3. Сигнал с вьхоцдтриггера 23 переведет сдвиговыи регистр 12 в режим сдвига и разрешитпрохождение тдктовьх имУльсочерс" зэлсмсцт И 28 на счетный вход счс"тчикд 30 и далее через элемент 11 ЛИ 9 суммы производится с целью цормировдция, т,е, деления суммы на числовыборок. Так как сдвиг вправо на оциц разряд соответствует делению ца 2, то сдвиг, например, на 1 О разрядов соответствует делению ца 1024, Счетчик 30 подсчитывает количество такчинается цикл вычисления результатаизмерения. Сигналом с триггера 20 переводят коммутатор 14 в состояние,при котором на вход регистра 15 последовательного приближения передаются сигналы с вьгхода накапливающегосумматора 9, Цикл вычисления результата измерения завершается по сигналу с регистра 15 последовательногоприближения, который через одновибратор 24 сбрасывает триггеры 18, 19 и 20, Через элемент И 26 этот сигнал записывает результат измерения в выходой регистр 10 и сбросывдет цдкаплидющий сумматор 9. По заднему фронту сигцал с выхода элемента И 26 устанавливает триггер 22 и блок 5 управления перс ходит в режим ожидация следующего импульса запуска от блока 3 определеця периода,с 1 уцссцию умцожит,.ля 7 в цифровом вольтметре вьшэлцяет постоянное запоминающее устройство, часть объема памяти которого запрограммирована как тдб:ипд квадратов, когда в режиме ец кадрату установленного адреса,Асресом служит выходной код регистрацспс.лсдодтельцогс Пиб)иженин,1 влечс .цсе кддрдтцого корня из срсцрмсрс анной суымьс происходит с ",с дующсм сбрд эоы,1 т.рысцу гходу умножитель 7 пе - рс к.цчдс.тс.н цд ту об.сдсть памяти, где эсцрс рдммиродцд таблица квадратов сцерс сцх кодах, Регистр 15 последсстесисго п 1 иб:пжеин по известному дц о;сгму производит подбор такого чис.сд, кддрдт которого равенипи б)цсэссс к числу, находящемуся всдцгсгсм рсистре 12, При этом сумм,тср 11 срдцивает число в сдвиговом регистре 12 и квадраты чисел сыходд регистра 15 последовательногос 1 цближенцн. 11 ьходной сигнал переносастаршего разряда сумматора 11 характеризует резултдт сравнения и подается при извлечении квадратного корня чс.роз ссымутдтор 14 ца первый информационный вход регистра 15 последовдтел ного приближения,При изме реции средцевыпрямленногозначения напряжения отсчеты мгновенныхэцачс ний цдцрнжецин с выхода регистра15 последовательного приближения передают цд выход накал)идщего сумматора9,минуя умцожитель 7 или через него,цо при этом часть обьема памяти постоянного запомицанщего устройства программируют ка.с повторитель адресапри накоплении суммы и кдк ицверторадреса при вычислении результата измерений, Такое решение позволяет неизменять алгоритм работы блока 5 уп,равления при измерении различньгх параметров сигнала,Предлагаемый цифровой вольтметр, сохраняя все эксплуатационные характеристики известного прибора с 17228, зцачительцо проще его, так как вы 1337791полнен без сложных функционал,цых цифровых блоков перемцсжителя, делителя и извлекателя квадратного корня, За счет сокращения аппаратурных зат 5 рат на реализашю лаццый цифровой вольтметр обладает большей надежностью, имеет значительно меньшие габариты, ве и потребляемую мощность, что повьипает его потребитель скую цеццость,Форьулаиз обретения 25 теля, выход которого соединен с информационным входом накапливающегосумматора, выход выходного регистраявляется выходом вольтметра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения, второй выход блока управления соединен с управляющим входоманалого-цифрового преобразователя,второй информационный вход которогосоединен с выходом накапливающего сум 50 1, Цифровой вольтметр, содержащий блок входных усилителей, вход которого является входом вольтметра, первый выход блока входных усилителей соединен с первым цформациоццым входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - с входом блока определения периода, формирователь частоты, первый вход которого соединен с первым выходом блока определеция периода, а второй вход - с первым тактовым вьходом генератора импульсов, вход запуска блока управления соединен с выходом формирователя частоты, второй вход - с вторым выходом блока определеция периода, третий вход блока управления соединен с выходом Останов цикла 11 аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока управления соединен с входом "Пуск" аналого-цифрового преобразова 35 теля, а второй выход - с управляющим входом умножителя, третий выход - с управляющим входом накапливающего сумматора, четвертый выход - с управляющим входом выходного регистра, второй тактовый выход генератора импульсов соединен с четвертым входом блока управления, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом умножи 45 матора, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с ццформационным входом выходного регистра,пятьй вход и пятый выход блока управ 1ления соединены с соответствующимивходом и выходом счетчика объема выборки,2. Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что аналогоцифровой преобразователь содержиткомпаратор, цифроацалоговый преобразователь, регистр последовательногоприближения и коммутатор, причем выход компаратора соединен с первымвходом коммутатора, выход которогосоедицец с первым входом регистрапоследовательного приближеция, первый11выход которого является выходом Остацов цикла" аналого-цифрового преобразователя, а второй выход через цифроаналоговый преобразователь соединенс вторым входом компаратора, первьнвход которого является первым информационным входом аналого-цифровогопреобразователя, второй вход регистра последовательного приближенияявляется пусковым входом аца:ого в цифрового преобразователя, второй итретий входы коммутатора являотсявторым информационным и управляющимвходами аналого-цифрового преобразователя, второй выход регистра последовательного приближения соединенс вторым выходом аналого-цифровогопреобразователя,3, Вольтметр по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что умножитель выполнен в виде постоянного запоминаю щего устройства с дополнительным управляющим входом.4, Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что накапли - вающий сумматор содержит сумматор, первые вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и первым входом сдвигового регистра, причем вторые входы сдвигового регистра и сумматора являются соответственно управляющим и информационным входами накапливающего сумматора, а второй выход сумматора является информационным выходом накапливающего сумматора.1337791 Оп 07 аг 3 Составитель Е.Березоведактор А,Лежнина Техред В.Кадар Н,Король Заказ одписное М 130 ква,олиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,оизводстне 25 ВН Тир сударст м изобр