Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАИИСТИЧЕСНИ ХРЕСПУБЛИН А 1(51) 4 Н 03 М 1/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПЯТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР У 822349, кл. Н 03 М 1/18, 1979.Авторское свидетельство СССР У 1312733, кл. Н 03 Г 1 1/18, 1986. (54) АДАПТИВНЬ(Й АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизирован 2ных системах измерения параметров широкодиапазонных непрерывных аналоговых сигналов, Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается за счет исключения из суммарного времени преобразования устройства длительности коммутации цифроаналогового преобразователя 4,путем введения аналогового запоминающего устройства 5, порогового элемента 6, ключа 26, счетчика 7, элементов ИЛИ 24, 23, триггеров 10, 11, 12, элементов И 20, 21, 22, сумматоров 17, 18, блока 8 умножения и регистра 16. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизиро-.ванных системах измерения парамет 5ров широкодиапазонных непрерывныханалоговых сигналов.Цель изобретения - повьппение быстродействия преобразователя.На фиг.1 приведена функциональнаясхема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы его работы.Адаптивный аналогово-цифровой преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь 1 считывания,дифференциальный усилитель 2, блок3 синхронизации, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговое запоминающее устройство 5, пороговый элемеыт 6, счетчик 7, блок 8 умножения,блок 9 суммирования, триггеры 10-12,регистры 13-16, сумматоры 17 и 18,осуществляющие суммирование по модулю 2, элементы И 19-22, элементыИЛИ 23 и 24, элемент И-НЕ 25, ключ26, неинвертирующий вход 27 дифференциального усилителя 2, информационный вход 28 аналого-цифровой преобразователя 1, информационный вход 29триггера 10, выход 30 блока 3, вход 3031 синхронизации триггера 10, вход32 синхронизации регистра 14, вход33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1, входы 34 и 35 сложенияи вычитания счетчика 7, информационный вход 36 триггера 12, прямой выход 37 триггера 10, инверсный выход38 триггера 10, выход 39 блока 3,вход 40 триггера 11, вход 41 триггера 12,выход 42 блока 3, вход 43 40триггера 11, входы 44 регистра 13,вход 45 ключа 26, вход 46 аналоговогозапоминающего устройства, вход 47ключа 26, вход 48 дифференциальногоусилителя 2, вход 49 ключа, вход 50 45аналогового запоминающего устройстваи выход 51 блока 3.Блок 3 синхронизации образуют генератор 52 импульсов, счетчик 53,триггер, 54, формирователи 55 и 56импульсов и элемент 57 задержки.Преобразователь работает следующимобразом,Предположим, что в некоторый момент времени на выходах счетчиков 7и 53 и регистров 13 и 14 присутству 55ет двоичный код "00" (фиг2 а-г соответственно), а на выходе триггера11 присутствует "1" (фиг.2 д), поступающая на входы 49 и 50 управления ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5, вследствие чего аналоговое запоминающее устройство 5 находится в режиме записи информации с выхода цифроаналогового преобразователя 4, нулевой уровень сигнала которого (фиг.2 е) через вход 45 ключа 26 поступает на инвертирующий вход 48 дифференциального усилителя 2.Входной сигнал устройства поступает на неинвертирующий вход 27 (фиг.2 ж) дифференциального усилителя 2 и после усиления в К раз проходит на инфоргмационный вход 28 (фиг.2 з) аналогоцифрового преобразователя 1 и на вход порогового элемента 6. При этом если напряжение на выходе дифференциального усилителя 2 (фиг.2 з) больше величины У , на выходе порогового элемента 6 формируется "1" (фиг.2 и), поступающая на информационный вход29 триггера 10.Импульс генератора 52 (фиг.2 к) поступает на вход элемента 57 задержки и на вход счетчика 53, увеличивая его состояние (фиг.2 б).Импульс с выхода элемента 57 (фиг.2 л) через выход 30 блока 3 поступает на вход 33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1 и на вход 31 синхронизации триггера 1 О, фиксируя на его прямом выходе 37 (фиг.2 м) состояние порогового элемента 6 (фиг,2 и).После завершения преобразования на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 формируется соответствующий код Е, (фиг.2 н), поступающий на первые входы блока 9, на вторые 1входы которого поступает двоичный код числа "00" с выходов регистра 14 (фиг.2 г).При этом на выходе блока 9 суммирования также формируется код Е (фиг.2 о), поступающий на информационный вход 44 регистра 15.Следующий импульс генератора 52 (фиг.2 к) через выход 51 блока 3 поступает на вход 32 синхронизации регистра 15, фиксируя на его выходах полученное в результате предыдущего цикла измерения число Е, (фиг.2 п). По истечении соответствующего времени импульс с выхода 30 (фиг,2 л) блока 3 поступает на вход 33 пуска аналогоцифрового преобразователя 1, инициируя следующий цикл преобразования, а также на выход готовности устройст14907 15 55 ва и далее во внешнее устройство, инициируя считывание результатов измерения с информационных выходов (фиг.2 п).В дальнейшем по мере поступления импульсов генератора 52 устройство работает аналогичным образом, осуществляя кодирование информации с помощью аналого-цифрового преобра зователя 1 и периодическое изменение состояния счетчика 53.При этом после прихода импульса генератора 52 с номером 2,6 (фиг,2 к) счетчик 53 переполняется (фиг.2 б), что приводит к переключению триггера 54 (фиг.2 р) и запуску одного из формирователей импульсов, например формирователя 55, импульс которого (фиг.2 с) с выхода 39 блока 3 синхронизации поступает на вход 41 синхронизации триггера 12, фиксируя на его выходе (фиг.2 т) информацию, поступающую на информационный вход 36 с прямого выхода 37 триггера 10 (фиг,2 н), 25 а также на вход 40 триггера 11, устанавливая на его выходе "0" (фиг.2 д), поступающий на входы 49 и 50 управления ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5. При этом ана- З 0 логовое запоминающее устройство 5 переходит в режим хранения информации, а в ключе 26 его выход соединяется с входом 47, вследствие чего нулевое напряжение с выхода аналогово-. го запоминающего устройства 5 через ключ 26 поступает на инвертирующий вход 48 дифференциального усилителя 2, сохраняя сигнал на его выходе на прежнем уровне (фиг.2 з).40Кроме того, тот же импульс с выхода 39 блока 3 (фиг.2 с) через элемент ИЛИ 24 и один из элементов И 19 и 20, открытый сигналом с выходов триггера 10, в данном случае через элемент И 19, открытый "1" с прямого выхода 37 триггера 10 (фиг.2 м), поступает на соответствующие входы счетчика 7, в данном случае на вход 34 сложения. При этом по заданному фронту импульса (фиг.2 с) состояние счетчика 7 увеличивается на единицу фиг.2 а), что приводит к соответствующему увеличению числа на выходе блока 8 и постепенному увеличению напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 4 (фиг.2 е).При поступлении последующих импульсов генератора 52 устройство ра 12 6ботает аналогичным образом, осуществляя измерение с помощью аналогоцифрового преобразователя 1, работающего в прежнем диапазоне входных сигналов. При этом при любом характере входных сигналов устройства эа промежуток времени Т Хсигнал на Вы ходе дифференциального усилителя 2 (фиг,2 з) не выходит за пределы динамического диапазона Р аналого-цифрового преобразователя 1.При очередном переполнении счетчика 53 (фиг.2 б) триггер 54 вновь переключается (фиг,2 р), что приводит к запуску формирователя 56 импульсов, импульс которого (фиг.2 у) с выхода 42 блока 3 поступает на входы элементов И 21 и 22, Если к моменту прихода данного импульса состояния прямого выхода 37 триггера 10 (фиг.2 м) и выхода триггера 12 (фиг.2 т) совпадают, что указывает на принадлежность сигнала на выходе дифференциального усилителя 2 к той же (верхней или нижней) половине шкалы аналого-цифрового преобразователя 1, на выходе сумматора 18 присутствует "1" (фиг.2 ф), открывающая элемент И 22, импульс с выхода которого поступает на Б-вход 43 триггера 11,устанавливая на е го выходе 1 (фи г . 2 д ) . Сигнал с выхода триггера 1 1 поступает на вход 3 2 си н хро ниэ ации регистра 1 3 , фиксируя в н ем ( фи г2 в ) по ступающе е на е го информационные входы 4 4 с выходов блока 8 умножения число 1 ь 2 7(где Е 1 - состояние счетчика 7, в данном случае равное "01" (фиг.2 а).Кроме того, "1" с выхода триггера 11 (фиг,2 д) поступает также на входы 49 и 50 ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5. При этом аналоговое запоминающее устройство 5 переходит в режим записи информации, а ключ 26 с помощью его входа 45 соединяет инвертирующий вход 48 дифференциального усилителя 2 с выходом цифроаналогового преобразователя 4 (фиг.2 е), вследствие чего напряжение на выходе дифференциального усилителя 2 изменяется так (фиг.2 з), что напряжение на входе 28 аналого-цифрового преобразователя 1 перемеща 149071240 45 50 55 ется к середине его рабочего диапазона,Очередной импульс с выхода 30 (фиг.2 л) блока 3 поступает на вход 32 регистра 14, переписывая в него состояние регистра 13 (фиг.2 в), которое с выходов регистра 14 (фиг.2 г) поступает на вторые входы блока 9 для суммирования с последующими результатами измерения, инициируемого тем же импульсом, поступающим на вход 33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1.В дальнейшем устройство работает аналогичным образом, периодически подключая вход 48 дифференциального усилителя 2 к выходу аналогового за" помннающего устройства 5 и корректируя напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 4 путем изменения состояния счетчика 7.При этом быстродействие устройства равно периоду следования импуль" сов генератора 52.Если к моменту прихода очередного импульса с выхода 42 блока 3 состояние прямого выхода 37 триггера 10 не совпадает с состоянием выхода триггера 12, на выходе сумматора 17 при" сутствует "1", открывающая элемент И 21, импульс с выхода которого через элемент ИЛИ 24 и один из элементов И 19 и 20 поступает на соответствующий вход счетчика 7, изменяя его состояние так, что напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 4 возвращается к предыдущему уровню:При работе устройства на верхней или нижней границе входного диапазона 0 выходы счетчика 7 устанавливаются соответственно в единичное или нулевое состояние. При этом в первом случае на выходе элемента И-РЕ 25 формируется "0", закрывающий элемент И 19 и препятствующий дальнейшему управлению счетчиком 7 по его входу 34, а во втором случае формируется "0" на выходе элемента ИЛИ 23, закрывающий элемент И 20 и препятствующий управлению счетчиком 7 по его входу 35. Формула изобретения 1. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, первый 5 1 О 15 20 25 30 35 регистр, первый элемент И, блок синхронизации, первый выход которогосоединен с входом Пуск" аналого-цифрового преобразователя считывания,выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока суммирования, вторые входы которого соединены с соответствующими выходамивторого регистра, а выходы - с соответствующими информационными входамитретьего регистра, выходы которогоявляются выходной информационной шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены элемент И-НЕ,аналоговое запоминающее устройство,пороговый элемент, ключ, счетчик,второй, третий и четвертый элементыИ, два элемента ИЛИ, два сумматора, три триггера, блок умножения,четвертый регистр, дифференциальныйусилитель, неинвертирующий вход которого является входной шиной, выходсоединен с информационным входоманалогово-цифрового преобразователясчитывания и через пороговый элементс информационным входом первого триггера, вход синхронизации которогообъединен с входом синхронизациивторого регистра, соединен с первымвыходом блока синхронизации, которыйявляется шиной готовности, второй выход блока синхронизации соединен спервым входом первого элемента ИЛИ,с входом установки "0" второго триггера и с входом синхронизации третьего триггера, информационный вход которого объединен с первыми входамипервого сумматора и первого элементаИ и соединен с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами второго сумматора и второго элемента И,второй вход последнего из которыхобъединен с вторым входом первого элемента И и соединен с выходом первогоэлемента ИЛИ, третий вход второгоэлемента И соединен с выходом второгоэлемента ИЛИ, входы которого объединены с соответствующими входами элемента И-НЕ, первыми входами блока умножения и соединены с соответствующими выходами счетчика, вход сложениякоторого соединен с выходом первогоэлемента И, вход вычитания соединенс выходом второго элемента И, вторыевходы блока умножения соединены ссоответствующими выходами четверто 1490712го регистра, входы которого являются входной шиной кода, выходы блока умножения соединены с соответствующи.ми информационными входами первого5 регистра я цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым информационным входом ключа и информационным входом аналогового запоминающего устройства, выход ко О торого соединен с вторым информационным входом ключа, вход управления которого объединен с входом управления аналогового запоминающего устройства, входом синхронизации первого 15 регистра и соединен с выходом второго триггера, выход ключа соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителявыходы первого регистра соединены с соответствующими ин О формационными входами второго регистра, выход элемента И-НЕ соединен с третьим входом первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, 25 выход четвертого элемента И соединен с входом установки в 1 второго триггера, первые входы третьего и четвертого элементов И объединены и соединены с третьим входом блока синхронизации, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, вторые входы первого и второго сумматоров объединены и соединены с выходами третьего триггера, четвертый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации третьего регистра.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок синхронизации выполнен на генераторе импульсов, счетчике, триггере, двух формирователях импульсов и элементе задержки, выход которого является первым выходом блока, выход счетчика соединен с входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго формирователей импульсов, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами блока, вход элемента задерзки объединен с входом счетчика, соединен с выходом генератора импульсов и является четвертым выходом блока.Подписное при ГКНТ СССР Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Закаэ 3760/57 Тираж 884 ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, Ж