Многоканальный аналого-цифровой преобразователь

(59 4 Н 03 М 1/46 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Й АВТОРСК ДЕТЕЛ у. 46 лект ехнически апенко ьные иннергоато, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и можебыть использовано в системах вводаинформации в ЭВМ. Изобретение позвсляет повысить быстродействие. Этодостигается тем, что в устройство,содержащее блок 4 управления, цифроаналоговый преобразователь 20, эле1444945 мент ИЛИ 15, а в каждом канале преобразования операционный усилитель10, компаратор 13 и Р-триггер 14,введены параллельный аналого-цифровойпреобразователь 17, компаратор 18,счетчик 19 импульсов, элемент 16 задержки, токоограничивающий элемент Изобретение относится к автоматике И.измерительной технике и может быть. использовано в подсистемах ввода информации в ЭВМ о ходе технологическо5 го процесса, например процесса испы-, таний изделий на механические вибраЦионные воздействия.Цель изобретения - повьппение быстродействия. 10На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - функциональная схема блока управления.Преобразователь (фиг.1) содержит входные шины 1, шины 2 младших и старших раврядов, адресные шины 3, блок 4 управления, токоограничивающие элементы 5-8, выполненные на резисторах, ключи 9, операционные уси-,211 лители 10, выпрямительные элементы 11 и 12, выполненные на диодах, компараторы 13, Э-триггеры 14, элемент ИЛИ 15, элемент 16 задержки, параллельный аналого-цифровой преобразо- , 25 ватель (АЦП) 17, компаратор 18, счет чик 19 импульсов, цифро .аналоговый преобразователь (ЦАП) 20, шину 21 напряжения смещения, шину 22 напряжения нулевого уровня, шину 23 нап О ряжения единичного сигнала, шину 24 конца преобразования, шину 25 опорного напряжения, токоограничивающий элемент 26, выполненный на резисторе 35Блок управления (фиг. 2) содержит шину 27 запуска, управляемый генератор импульсов 28, генератор 29 одиночных импульсов, элементы И 30 и 31, дешифратор 32, счетчик 33 импуль сов, КБ-триггер. Устройство работает следующим образом. 26, выполненный на резисторе, а в каждый канал преобразования введены ключ 9, четыре токоограничивающих элемента 5, 6, 7, 8, выполненных на резисторах, два выпрямительных элемента 11, 12, выполненных на диодах. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. Сигнал начальной установки, поступая по первому выходу блока 4 устанавливает все Э-триггеры 14 в ноль, а в счетчик 19 заносит единицы во все разряды. В момент установки начального состояния все ключи 9 размыкаются, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 вырабатывается сигнал -Е (1 - 1/и), где Е - макси" мальное возможное значение входного сигнала, соответствующего опорному уровню цифро-аналогового преобразователя 20, п - число поддиапазонов, на которое разбивается уровень Е, оно определяется счетчиком 19 и цифро-аналоговым преобразователем 20. ,Схема определения максимума на осно:ве операционных усилителей 10 начинает поиск среди входных сигналов ;такого, который максимально превышает первый опорный уровень - Е (1й1/и). Если такого сигнала нет, то все диоды 12 закрыты и под действием .тока, протекающего от напряжения на шине 25, появится положительный сигнал, превышающий некоторый опорный ,уровень Ео, определяемый напряжением на шине 22, компаратор 18 срабатывает и по тактовому импульсу второго выхода блока 4 вычитает единицу из содержимого счетчика 19, При этом, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 вырабатывается новый опорный сигнал - Ещ(1 - 2/и) и схема определения максимума снова имеет среди входных сигналов такой, который максимально превышает опорный уровень Е (1 - 2/и). Допустим, что такой сигнал нашелся на нижней входной шине 1 - П, тогда П- Е (1 - 2/и)- положительйо, операционный усилитель 10 это значение инвертируст и открывается диод 12. При этом, о одной1444945 стороны вход параллельного аналогоцифрового преобразователя 17 поступает значение-К(О - Е, + 2 Е,/и) ,К Кгде К = - = -,Кги определяется соотношением реэисто"ров 8 и 5. Подразумевается, что резисторы 5 и 7 равны между собой. Сдругой стороны, отрицательный сигнал на входе компаратора 13 нижнегоканала вызывает его срабатывание,благодаря чему через элементы 15 и16 проходит сигнал, который стробирует управляющий вход параллельногоаналого-циФрового преобразователя 17и П-триггеры 14, вследствие чего навыходе параллельного аналого-цифрового преобразователя 17 появляется цифровой эквивалент величины КО -- Е (1 - 2/и), Р-триггер 14 нижнегоканала срабатывает и положительный поскольку К = К, отрицательный идиод 12 закрыт. Теперь же, когда нижний канал выключен из работы, срабатывает второй канал, так как 11 -- Е,(1 - 2/и) положительно и другихсигналов больше данного О по величине на работающих входах нет. Соответ"ственно открывается диод 12 второгоканала, операционный усилитель отслеживает на входе параллельного анацого-цифрового преобразователя 17 40сигнал -КО - Е (1 - 2/п), срабатывает компаратор 13 второго каналаи через элементы 15 и 16 стробируетпараллельный аналого-цифровой преобразователь 17 и В-триггеры 14. При 45этом, положительный. фронт на шине 3второго канала указывает адрес цифровой информации, появляющейся на шине 2 и одновременно вызывает срабатывание ключа 9 второго канала, вслед ствие чего второй канал отключается,Поскольку теперь на входных клеммахнет входных сигналов, превышающихопорный уровень, то диоды 12 все закрыты, диоды 11 все открыты и через 55резистор 26 от напряжения на шине 25ыа входе компаратора 18 устанавливается положительный сигнал, превышающий пороговый уровень Е. Компарафронт на адресной шине 3 является динамическим признаком адреса, работающего канала, а соответственно и ад"реса цифровой информации, которая появляется на шине 2 устройства, одновременно сигнал на выходе Р-триггера14 вызывает замыкание ключа 9 в соответствующем ему канале (в данномслучае - в нижнем), При этом, на входсоответствующего операционного усилителя 10 подается ток смещения по шине 21 (-Е 6) через резистор б и эквивалентный входной сигнал уже никогдане будет положительным в данном канале в течение текущего цикла работы,посколькуЕ 6/Къ / Е /КТеперьсхема выделения максимума снова ищетвходной сигнал, превышающий опорныйуровень Е (1 - 2/п), допустим, чтотакой нашелся во втором канале сверху - О . Естественно, что ПУыи в предыдущем такте на входе операционного усилителя суммарный ток: тор 18 срабатывает по очередному тактовому импульсу, единичка вычитаетсяиз содержимого счетчика 19 и уменьшается абсолютная величина напряженияна выходе параллельного аналого-цифрового преобразователя 20. После опроса всех возможных значений входныхсигналов, а соответственно и всехвходных клемм, компаратор 18 сработает последний раэ в течение циклакоммутации, когда в счетчике 19 установлен нуль, на выходе цифро-аналогового преобразователя 20 - нуль,а сигналов, его превышающих, не осталось среди работающих каналов. Сигнал на шине 24 в данном случае указывает, что цикл опроса входных клеммустройства завершен. Другой возможный признак завершения цикла опроса - установка всех Э-триггеров 14в единицу, при этом сигнал завершения цикла вырабатывается на выходеэлемента 15, входы которого соединеныс выходами П-триггеров 14,Блок 4 (фиг,2) работает следующим образомПеред началом цикла преобразования КЯ-триггер в нулевом состоянии.Управляемый генератор 28 поддерживает на своем выходе высокий потенци44945 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Быстродействие устройства опреде" ляется временем просмотра поддиапазонов и числом входных каналов, поскольку для каждого канала требуется определение его цифрового эквивалента с помощью компараторов параллельного ЛЦП. Предельное быстродействие ограничивается в первую очередь имен но этими временами. Поэтому можно записать время цикласледующим образом: иС + К 1 р 5 14 ал, поскольку на инверсном выходе генератора 29 также высокий потенциал, на втором входе. блока 4 также высокий потенциал. Импульс запуска, поступая на Б-вход КБ-триггера, перево" дит его в единичное состояние, включая управляемый генератор 28, одно временно генератор 29 запускается и по прямому выходу производит в счетчике 19 начальную установку, а по инверсному выходу сбрасывает в нулевое состояние Р-триггеры 14 и устанавливает счетчик 33 в ноль. Одновременно нулевой сигнал на инверсном выходе запрещает прохождение через элемент 30 первого импульса управляемого. генератора 28, По окончании одиночного импульса второй импульс управляемого генератора 28 проходит на второй вы-ход и начинает опрос компаратора 18 При этом, счетчик 33 считает количество импульсов опроса и, когда оно совпадает с требуемым срабатывает дешифратор 45 и нулевым сигналом через элемент 31 сбрасывает КБ-триггер в исходное состояние. Сброс КБ-триг гера может быть также выполнен при необходимости либо от любого из сиг" налов об окончании цикла преобразования, вырабатываемых в устройстве, либо от сигнала сброса, Для этого служит второй вход в элементе 31. Нулевой сигнал на входе КБ-триггера держится все время до появления ну-. левого потенциала на входе шины за, пуска. По Б-входу нулевой потенциал переводит прямой выход КБ-триггерав единичное состояние, вызывая все названные установки по генератору 29, при этом нулевой сигнал по коду счетчика 33 переходит в положительный и с КБ-триггера снимается нулевой потенциал по К-входу. где и - число поддиапазоновф- время просмотра поддиапазо 3на,К - число каналов 1- время сравнения начала споддиапазоном.Поскольку синхронизацию работы всего устройства выполняет генератор, то период его работы Т = С 8 6 С р, т,е. максимальному из двух. Следовательно, время цикла можно оценить как: е (и+ К) т . (2)В то же время в известном устройстве время цикла Сц определяется также временем прохождения всего диапазона и временем, выделяемым на сравнение эталонов с входными величинами. Если сравнить время прохождения всего диапазона для двух устройств, то они близки друг к другу при одинаковых усилителях, Различие появляется во временах сравнения. Соответственно, если для известного устройства потребуется 2 - актов сравнения,Ягде Н - разрядность двоичного числа, то для данного устройства всего К сравнений ИФ если даже тсиЕер Ф то всегда найдется Ж, при котором устройство имеет преимущество в быстродействии. Формула изобретения.1. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, цифроаналоговый преобразователь, элемент ИЛИ, и каналов преобразования, каждый из которых содержит последовательно соединенные операционный усилитель, компаратор и Р-триггер, К-входы Р-триггеров всех каналов преобразователя объединены и соединены с первым выходом блока управления, Р-вход каждого Р-триггера соединен с выходом соответствующего компаратора канала преобразования, о т л-и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродейстьвия, в него введены параллельный аналого-цифровой преобразователь, токо" ограничивающий элемент, выполненный на резисторе, элемент задержки, компаратор, счетчик импульсов, а в каждый канал преобразования введены ключ, четыре токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, два выпрямительных элемента, выпол 444945ненных на диодах, аноды первых диодовобъединены с первыми выводами пер.вых резисторов всех каналов преобразования, первым выводом резистора,информационными входами параллельного аналого-цифрового преобразователяи компаратора в каждом канале преобразования, катод первого диода объе"динен с анодом второго диода, первымвходом компаратора, вход операционного усилителя объединен с катодомвторого диода, вторым выводом первогрезистора, первыми выводами второгои третьего резисторов и соединен с 15выходом ключа, аналоговый вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, управляющий входсоединен с выходом 0-триггера и является соответствующей адресной шииой, вторые выводы четвертых резис"торов всех каналов преобразованияобъединены и являются шиной напряжения смещения, второй вывод третьегорезистора каждого канала преобразо-25вания является соответствующей входной шиной, второй. вход компараторакаждого канала преобразования является шиной нулевого потенциала, Свходы Р-триггеров всех каналов пре" 30образования объединены с управляющимвходом параллельного аналого-цифрового преобразователя и через элементзадержки соединены с выходом. элемента ИЛИ, каждый -й вход которого со- З 5единен с выходом компаратора х-го канала преобразования, причем второйвывод резистора является шиной опорного напряжения, второй выход блокауправления соединен со стробирующим 4 Овходом компаратора, вход смещениякоторого является шиной напряжениянулевого уровня, а выход соединен свычитающим входом, счетчика импульсов,счетный вход которого соединен с третьнм выходом блока управления, установочные входы объединены и являются шиной логической единицы, информационные выходы соединены поразрядно с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя и являются соответствующими шинами старших разрядов, выход переполнения является шиной "Конец преобразования", шинами младших разрядов являются соответствующие выходы параллельного аналогоцифрового преобразователя, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторыми выводами вторых резисторов всех каналов преобразования.2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на управляемом генераторе импульсов, генераторе одиночных импульсов, КЯ-триггере, двух элементах И, счетчике импульсов, дешифраторе, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является шиной сброс, а выход соединен с К-входам КЯ-триггера, Я-вход кото. рого является, шиной запуска, а прямой выход соединен с управляющими входами генератора одиночных импульсов и управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого объединен с входом установки счетчика импульсов, соединен с ин версным выходом генератора. одиночных импульсов и является первым выходом блока, третьим выходом которого является прямой выход генератора одиночных импульсов, а выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчиКа импульсов и является вторым выходом блока..Сегляник Заказ 6 ое ССС 4/ Производствспг -и лнграфическое предприятие, г. Ужгорс 1 ректная, 4 ВНИИПИпо3035, М Тираж 929 Подпис Государственного комитета елам изобретений и открыт сква, Ж, Раушская наб,