Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 3 И 1/5 ЕТ ЕНИЯ ЕЛЬСТВ ВТОРСНОМУ СВИ с ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В,С.Гутников и.С.Г.Исаев (53) 681.325 (088,8)(57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для создания высокоточных цифровых измерительных приборов. Устройство обеспечивает высокую точность прербразования за счет автоматической коррекции погрешности, обусловленной наличием напряженИй смещения интегратора и компаратора, и и ключения влияния точности резистора на результат преобразования. Дос" тоинством аналого-цифрового преобразователя является также простота устройства, Результат преобразования определяется как сумма результатов за два цикла работы устройства. В первом такте первого цикла коммутаторы 2 и 3 подключают преобразуемое У и опорное 0 напряжения ко входам ийтегратора 4 таким образом, что выходной сигнал интегратора 4 пропорционален разности 1 - О. Затем осуществляется разряд интегратора 4 опорным напряжением -0 до момента Оь Щ срабатывания компаратора 6. Логический блок 7 формирует интервал времени, пропорциональный разности 0 - У, который заполняется импульсами С опорной частоты Г . Код заносится варифметический блок 8. Во второмцикле работы коммутаторы 2 и 3 подключают преобразуемое Н и опорноеБ напряжения таким образом, что напряжение на выходе интегратора 4 кконцу первого такта становится пропорционально разности Б - Н , Вовтором такте второго цикла осуществляется разряд интегратора опорнымнапряжением П до момента срабатывания компаратора 6. В арифметическийблок 8 заносится код, пропорциональ 1444950ный Ц - 0. Результирующий код,накопленный в блоке 8 эа два циклапреобразования, пропорционален преобразуемому напряжению Б и практически не зависит от напряжений смещенияинтегратора 4 и компаратора 6. Крометого не предъявляется требованийк точности резистора К и конденсатора С интегратора 4, что обеспечивает высокую точность преобразования,1 зепе ф-лы 3 ил,35 о К Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания высокоточных цифровых измерительных приборов.Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства,На фиг. 1 приведена структурнаясхема аналого-цифрового преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы, на фиг. 3 - конструкция логического блока.Устройство содержит источник опорного напряжения 1, коммутаторы 2 и3, интегратор 4 на операционном усилителе 5, компаратор 6, логическийблок 1, на вход которого поступаютимпульсы опорной частоты, арифметический блок 8,Логический блок содержит делительчастоты 9, счетчик 10, общая шина 11, 20элементы ИЛИ-НЕ 12 и 13, инверторы14 и 15, триггеры 16-19, элементыИ-НЕ 20 и 21, дешифратор 22,Устройство работает следующим образом.25В момент начала первого цикла Тпреобразователя, длительность которого постоянная, коммутаторы 2 и 3 подключают ко входам интегратора 4 преобразуемое напряжение П и опорноенапряжение Б, соответственно. По истечение такта То интегрирования преобразуемого напряжения выходное напряжение интегратора 4 определяетсявыражением: где 1- напряжение смещения операционного усилителя 5, приведенное ко входу;1 к - напряжение смещения компаратора 6, приведенное ковходу.После этого начинается такт Тх 1 разряда интегратора 4 опорным напряжением П , поступающим на инвертирующий вход, до момента равенства напряжений на входах компаратора 6. Компаратор 6 срабатывает, когда выходное напряжение интегратора 4 .достигнет значения(2)- Т -- Т = 1По 1 смНСПодставляя (1) в (2), можно записать выражение для интервала времени Тх, который формируется логическим блоком 7+1 см ТоПо + 1 смВ момент срабатывания компаратором 6 коммутаторы 2 и 3 подключают входы интегратора 4 к общей точке схемы до начала второго цикла преобразования.Во втором цикле преобразования коммутаторы 2 и 3 подключают опорное напряжение Бо на инвертирующий вход, а преобразуемое Б - на ницвертирующий вход интегратора 4. К к. нцу так44950 Б 10 15 20 25 2 цх ИТ" Р 7 О21 /ц 30 Схема преобразователя весьма проста и содержит в аналоговой части ре зистор К и конденсатор С, точность которых не влияет на результат преобразования, а также операционный усилитель 5 и компаратор 6, напряжения смещения которых практически не вли яют на точность преобразования. Так например, в соответствии с (7) напряжение смещения операционного усилителя 5, равно 5 мВ, при выборе опорного напряжения П, равного 5 В, , 45 вносит относительную погрешность, не превышакщую 1 ОАлгоритм работы аналого-цифрового преобразователя достаточно компактен, не требует начальной установки преобразователя перед циклом измерения, а также введения цепи аналоговой автокоррекции, которая усложняет устройство и снижает его уСтойчивость. Кроме того, данный алгоритм позволяет снизить погрешность из-за абсорбции конденсатора С интегратора 4, поскольку среднее значение я р е ула из 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого коммутатора, первьй, второй и третий информационные входы которого подключены соответственно к входной шине источника опорного напряжения и к общей шине и объединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами второго коммутатора, а выход интегратора соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к первому входу логического блока, второй вход которого является шиной импульсов опорнои частоты, а первая и вторая группы выходов соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов соответственно, а третий выход подключен к входу арифметическдго блока, о т л и ч а ю - , щ и й с я тем, что, с целью. повышеия точности и упрощения устройства,н 3 14 тов Т напряжение на выходе интегратора 4 будет определяться выражением:(4)- Т + 1КС Затем осуществляется разряд интегратора 4 опорным напряжением О по" ступаецим на неинвертирующий вход. В момент срабатывания компаратора 6 выходное напряжение интегратора 4 будет равно П Т+ Т + ТД= П Тц+"о + 1 к .Подставляя (4) в (5), получим выражение для интервала времени Т( П . + о) То 1 смТо (6)По 1 сю .По 1 см В арифметическом блоке 8 формируется код, пропорциональный сумме напряжения на конденсаторе С эа цикл преобразования равно нулю.При этом, логический блок 7 может быть реализован в соответствии с фиг. 3 при выбранных длительности цикла Т = 1 О мс и длительности такта Т = 4 мс. Коэффициент деления делителя частоты 9 определяется значением опорной частоты Г , Каждый четвертый и десятый импульсы, поступакзцие на вход счетчика 10 записываются в счетчик, собранный на триггерах 16 и 17, выходной код которого управляют дешифратором 22 (К 56 1 ИД 1) . С помощью триггеров 18 и 19 по выходному сигналу компаратора 6 формируются интервалы времени Т, которые заполняют импульсами опорной частоты Г . Число импульсов подсчитывается в арифметическом блоке 8, в качестве которого может быть использован двоичный суммирующий счетчик. Элементы ИЛИ-НЕ 12 и 13 и инверторы 14 и 15,а также элементы И-НБ 20 служат дляформирования сигналов управления ключами, на которых собраны коммутато"ры 2 и 3. Первая цифра в обозначении сигналов управления показывает номер коммутатора, а вторая - номер ключа, который соответствует входам коммутаторов 2 и 3 сверху вниз, как показано на фиг. 1.1444950 в нем второй вход компаратора объединен с вторым входом интегратораи подключен к выходу второго коммутатора,2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что логический блок выполнен на счетчике, триггерах, инверторах, дешифраторе, элементе ИЛИ-НЕ, И-НЕ и делителе час тоты, вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с первым счетным входом счетчика, первый выход которого соединен спервым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и С-входом первого триггера, К-.вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, 0-вход - с шиной питания, Я-вход - с общей шиной, а выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, выход которого является третьим выходом блока, а второй вход является вторым входом блока, второй выход счетчика соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и К-входом второго триггера, С-вход которого объединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и является первым входом блока, П-вход соединен с шиной питания, а Б-вход - с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов И-НЕ и через первый инвертор подключен к первому выходу дешифратора, второй вы-. ход которого через второй инвертор соединен с первыми входами четверто. го и пятого элементов И-НЕ, третий выход черед третий инвертор соединен 6с вторым входом третьего элементаИ-НЕ и является первым выходом второй группы вьмодов блока, четвертыйвыход через четвертый инвертор соединен с вторым входом червертого элемента И-НЕ и является первым выходомгруппы выходов блока, вторые входывторого и пятого элементов И-НЕ объ- О единены с первыми входами шестогои седьмого элементов И-НЕ и подключены к инверсному выходу второготриггера, выходы второго и пятогоэлементов И-НЕ соединены соответственно с входами пятого и шестого инверторов, вьмоды которых являютсявторыми выходами соответственно первой и второй групп выходов блока, авторые входы шестого и седьмогоэлементов И-НЕ соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И-НЕ, причем выходышестЬго и седьмого элементов являются третьими выходами первой и второй 25 групп выходов соответственно, а первый и второй входы дешифратора соединены соответственно с прямыми выходами третьего и четвертого триггеров,третий и четвертый входы дешифрато- ЗО ра подключены к общей шине. инверсный выход третьего триггера соединенс его П-входом, С-вход подключен кпрямому выходу четвертого триггера,инверсный выход которого соединен сегоЭ-входом, С-вход через седьмойинвертор подключен к выходу первогоэлемента ИЛИ-НЕ, а К- и Б-входытретьего и четвертого триггеров подключены к общей шине, вход сброса и 4 О второй счетный вход счетчика соединен с общей шиной.1444950 Составитель В.Махнанов Техред Л.Сердюкова орректор И.Муска дактор И.Сегляни Заказ 6515/5 Подписнокомитета СССР открытий кая наб,4/5 роизводственно-полиграфическое предприяти Ти ВНИИПИ Госуда по делам из 3035, Москва, ж 929твенногоретений и