Преобразователь напряжение-код

1 14741 ОЗ Со 1 оэ Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) Заявлено 07.02.72 (21) 1745189/26-9рисоединением заявки1769348/26-9 М. Кл. Н 03 к 13/17 осударственнын комитет овета Министров СССР по делам изобретенийи открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕ О Предл томатике ройствах вые маши вольтметр Кроме нестабиль ройств ср ния при до,в може устройствНапример, пр весу устройства ботать одно ил ройств сравнения, ты такого п 1 реобр что число разряд ограничено, т. е, при двоичном вь но, круг примене ограничен. Преобразботающие пта, имеютбольшом врциальное знаар макс вател мето недос мени чениенапряжение-код, у последовательного аток, заключающийс преобразования. М времени 1 преобразов образователе состав енияяет 30 агаемое устройство относится к ави может быть использовано в усгввода аналоговых данных в цпфроны, в быстродействующих цифровы; ахит. п.5того, преобразователи обладают постыл порогов срабатывания уставнения, дрейф ;порогов срабатыванеправильном выборе числа разрят привести к неправильной работе а сравнения. и сравнении старшего посравнения может не сраи несколько младших устчто нарушает логику рабоазователя. Отсюда следует, ов в таком преобразователе никогда не превышает пяти ходном коде. Следовательния такого преобразователя ПДЕ /ааа ЗадаОЩая с 1 аСТОТа ПОДС 11 ЕТ 11 Х 1- пульсов которой ведется в течение времени ПРЕООРаЗОВЯИ 151 Тар.Преобразователь с поразрядным кодированием имеет недостаток, ооусловленный не. обходимостью опрашивать все разряды преобразователя, а так же тем, что компснси. рующее эталонное напряжение подбирастся методом проб, Помимо этого появляется динамнчеакая погрешность при оцифровке переменных напряжений, т. е. код, сформированный в конце единичного цикла преобразования изменяющегося напряжения, не соответствует этому напряжению в конце единичного цикла преобразования.Так как сигналы на выходах датчиков информации в управляющих цифровых системах илп на входах цифровых вольтметров обычно являются бпполярными, в преобразователях,напряжение-код обычно применяют специальные устройства, с помощью которых обеспечивается оцифровка разнополярных напряжений.Очевидно, что прихенение тех нли иных методов, обеспечивающих оцифровку бпполярных напряжений, в оольшей или меньшей степени зависиг от схемы основной преобразующей части преобразователя. Однако мож. но оказать, чтэ такие методы, как смещение характеристики преобразования или приме. нение дополнительного инвертора на входе, являготся универсальными, т. е, такими, которые возможно применять в любой схеме преобразователя, В связи с этим в дальнейшем сравнение будет производиться с этими двумя схемными методами оцифровки биполярных напряжений, а так как предлагаемо. му преобразователю присущи свойства преобразователя считывания, то можно оценивать предлагаемую схему оцифровки бипо. лярных напряжений и по числу компараторов, используехгых при этом.Известен преобразователь напряжениекод, содержащий линейный декодирующий преобразователь, набор вспомогательных эталонов, выполненных, например, в виде вспомогательного источника и взвешенного резистивного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, соединенные со вспомогательными эталонами, блок управления, триггер управления и регистр линейного двкодирующе то пгеобразователя.С целью повышения быстродействия и точности преобразования разнополярных напряжений в предлагаемый преобразователь введены коммутатор полярности вспомогательных эталонов, элемент задержки, логические схемы И в цепи сброса триггера улравления, логическая схема И в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме И в цепи сброса триггера управления, а через инвертор - ко второй схеме И в цепи сброса триггера управления, причем, первая схема И в цепи сброса триггегра управления под. ключена к прямому, а вторая - к инверсному выходам знакового разряда регистра, прямой выход которого соединен с блоком управления, а инверсньгй выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему И в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эталонов.Кроме. того, для снижения требований и стабильности нуль-органов и вспомогательных эталонов в преобразователь введен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и источнику измеряемого напряжения, а второй - и общей точке вспомогательных эталонов.На фиг. 1 показана схема предлагаемого преобразователя напряжение-код; на фиг, 2 - то же, с введекивм дополнительных узлов для оцифровки однополярных напряжений.Выход линейного декодирующего преобразователя 1 подключен к нуль-органам 2 - 8,5 10 15 ао 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 вторые входы которых, за исклгочением фиксирующего нуль-органа 8, подключены через источники 9 - 14 вспомогательных эталонных наггряжений к источвику измеряемого напряжения (выходу 15). Второй вход фиксирующего нуль-органа 8 подключен непосредственно к источнику измеряемого напряжения. Выходы нуль-органов 2 - 7 подклгочены к блоку управления 1 б регистра 17. Выход фиксирующего нуль-органа 8 подключен к одному из входов триггера управления 18, второй вход которого подключен к источнику импульсов запуска (входу 19).Выход триггера управления 18 подключен к блоку управлвния 1 б и к схеме И 20, которые подключены также к источнику импульсов тактовой частоты (выходу 21) . Схем а И 20 соединена третьим входом с блоком управления 1 б. Значения источников 9 - 14 вспомогательных эталонов напряжений, распределенных в группы 22 - 24 внутри одной группы, отличаются на величину дискрета, соответствующего разрядам данной групгпьг, а соотношения значений эталонных вспомогательных напряжений между группами определяются основанием числовой системы, в которой ведется кодирование.С целью канкретизацгии число групп 22 - 24 выбирается равным числу разрядов, т. е, гг=1 г; число разрядов выбирается равным п=5, а число разрядов, определяемых каждой группой, рагвным ггг=1.Линейный декодирующий преобразователь 1 (см. фиг. 2) своим выходом подключен к одноименным входам нуль-органов 2 - б, 8. Вторые входы нуль-органов 2 - б подключены к источникам 9 - 13 вспомогательных эталонов. Источник 15 измеряемого напряжения иодклгочсп к фиксирующему нуль-органу 8, к резистору 25 и коммутатору полярности 2 б вспомогательного источника 27. Эталонные гспомогательные источники 9 - 13 формируются с помощью резистивного делителя 28, который для случая т=1 и гг=/г может быть выполнен, например, по схеме Л - 2 Л.Блок управления 1 б состоит из схем И 29 - 33, предназначенных для управления регистром 17 при оцифровке положительных напряжений и схем И 34 - 38, предназначенных для управления регистром 17 при оцифровке отрицательных напряжений. Выходы нуль-органов 2 - 8 через ипверторы 39 - 44 соединсны со входами схем И 20, 29 - 33, соответствующих по весу разрядов регистра и со входами схем И 35 - 38, 45 ближайших младших разрядов. Кроме того, выходы нуль- органов 2 - б, 8 соединены непосредственно со входами схем И 34 - 38, 45 и схем И 30 - 33, 20.Триггер управления 18 подключен к источнику, импульсов запуска (входу 19) через элемент задержки 4 б; второй вход триггера управления 18 подключен через схемы И 47, 48 к прямому и инверсному выходам знакового разряда регистра 17. Вход импульсов за 4741035 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 пуска (вход 19) подключен к схеме И 49 в цепи включения знакового разряда регистра 17. Второй вход схемы И 49 подключен к выходу н.ль-опгана 8, выход фиксирующего нуль-органа 8 годключен непосредственно также к схеме И 47, а через инвертор 44 - к схеме И 48.Выходы знакового разряда регистра 17, управляющего полярностью напряжения на выходе линейного декодирующего преобразователя 1, подключены кроме блока управления 1 б и схем И 20 и 45 к коммутатору полярности 2 б вспомогательонго источника 27.Устройство работает следующим образом.До прихода запускающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 установлено нулевое напряжение, Таким образом, на входах нуль-органов 2 - 7 действует резульлируОщее напряжение, равное разности цсточника 15 измеряемого напряжения и вспомогательных источников 9 - 14 эталонных напряжений. До начала изхеренНя на входах некоторых нуль-органов разность напряжений может стать отрицательной, что приводит к их срабатыванию. Сработавшие нуль-органы в дальнейшей работе участия не принимают.Нуль-орган, на входе которого действует мНцмальная положительная разность напряжений, определяет ту группу разрядов преобразователя, которая Опрошена в первох такте кодироваяния. После выхода юпульса запуска на вход 19 триггер управления 18 переходит в возбужденное состояние и подает сигнал разрешения на блок управления 1 б и схему И 20. Импульс тактовой частоты (вход 21) гОступает через блок управления 1 б в те разряды регистра 17, суммарное весовое значение которых равно вспомогательному эталону, включенному на входе нуль-органа с минимальной для данного момента положительной разностью действующих на его входах напряжений. После записи этого импульса в указанные разряды регистра 17 на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 гонвляется эталонное компеноируОщее напряжение, величина которого равна указанному вспохОгательному эталону.После того, как эталонное компенсирующее напряжение сфорхвровано, на входах ,всех нуль-органов данной группы действует отрицательная разность напряжений, вследствие чего все нуль-органы этой группы срабатывают и больше не опрашиваются. Перед началом следующего такта кодирования, аналогчино первому, выбирается нуль-орган, на выходе которого действует новая минимальная положительная разность напряжений. Этот нуль-орган определяет ту следующую группу разрядов преобразователя, которая орашивается в следующем такте кодирова,ния.В схеме с идеальными узлами процесс кодирования ведется до тех пор, пока не срабо тают нуль-органы сравнения 2 - 7. Дестабилизирующие факторы вызывают уход нулей нуль-органов Нли значений вспомогательных источнцков 9 - 14, что вынуждает предъявлять особые требования к стабильности этик источников, заключающиеся в том, что прц всех возможных уходах вспомогательных эталонов величина этих уходов не должна быть больше соответствующего цм компенсирующего эталонного напряжения. Для полной компенсации этого дрейфа и согласования вспомогательных эталонов с эталонным компенсирующим напряжен:ем в преобразователь введен фиксирующий нуль- орган 8, регистр выполнен в виде суммирующего счетчика, а блок управления 1 б соединен со схемой И 20. Сигнал разрешения цз блока управления 1 б на этом входе схемы И 20 появляегся после срабатывания нуль- органов 2 - 7. Затем импульсы тактовой частоты (вход 21) через схему И 20 поступают в младшлш разряд счетчиков - регистра 17 до тех пор, пока эталонное компенсирующее напряженле с выхода линейного декодцрующего преобразователя 1 не станет равным измеряемому напряжению, что приводит к срабатыванию фиксирующего нуль-органа 8, который переводит триггер управления 18 в исходное невозбужденное состояние. На этом единичный цикл преобразования заканчивается, ц с выходом счетчика - регистра 17 может быть счцтан код, соответствующий измеряемому напряжению. М = )(2" - 1),где т - число разрядов :реобразователя, опрашцваемоегруппой; Й - число групп.Если число разрядов, опрашцваемое каждой группой, одно ц то же, тогда зависимость упрощается Ж= (2 - 1)Й,Соединения вспомогательных эталонов, подключенных к нуль-органам, с одноименным полюсом источника измеряемого напряжения позволяет вести кодирование всегда с мак"цмальной скоростью, орашвая только те разряды преобразователя, значения кода в которых отличны от нуля. Прц таком формцрованцц кодов одновременно устраняются динамические погрешности, так как эталонное компенсирующее напряжение приближается к измеряемому напряжению со скоростью, прямо пропорциональной величине рассогласования, и всегда с одной стороны, а момент сравнения в точности соответствует последнему,При двоичном выходном коде число вспомогательных эталонов ц соединенных с нцмц нуль-органов определяется завсцхОстью)1 япс: Уу + Уосп причем разрядность преобразователя з этомслучае составляет; Изменяя соотношения А и ггг, можно получить прсобдазователь напряжения в цифровой двоичный код с оптимальными для нашего случая аппаратурными затратами и нужным быстродейспвием. Однако при любых соотношениях 1 г и пг время преобразования всегда сстается меньше, чем в преобразователе с поразрядным кодированием, имеющим такое же число разрядов, а в пределе стремится к быстродействию преооразователя параллельного считывания.Блок управления 16 и ретистр 17 имеет также знаковый разряд, или триггер знака.1 моменту прихода очередного запускающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, т. е. на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 установлено нулевое выходное напряжение, В этом случае состояние нуль-органов 2 в и 8 зависит как от уровня, так и от знака напряжения источника 15.Если напряжение источника 15 положи. тельно, то после прихода импульса запуска на вход 19 знаковый разряд в регистре 17 не вклгочится, так как фиксирующий нуль- орган 8 находится в невозбуждецном состоянии и импульс запуска (вход 19) не проходит через схему И 49 на знакосзый разряд регистра 17. При этом состоянии в блоке управления 16 сигналампг знакового разряда регистра 17 отключены схемы И 34 - 38 и 45. После задержки в элементе задержки 46 импульс запуска (вход 19) поступает на вход тригера управления 18, переводя его в возбужденное состояние, После этого подается с выхода триггера управления 18 разрешающий сигнал на все схемы И, но подключенными остаются только схемы И 29 - 33 и 20, так как только на пих по,дан разрешающий сигнал знакового разряда.Дальше работа происходит точно также, как и в описанной ранее схеме.Если измеряемое напряжение источника 15 отрицательное, то все нуль-органы 2 - б и 8 в исходном состоянии срабатывают, а после прихода импульса запуска через схему И 49,включается знаковый разряд регистра 17, который Отключает схемы И 29 - 33 и 20 и подключает схемы И 34 - 38 и 49. По сигналу знакового разоряда пэдтстазливаетгя также линейный декодирующий преобразователь 1 для формирования отрицательных напряжений, срабатывает коммутатор полярности 26 вспомогательного источника 27, в результате чего вспомогательные источники 9 - 13 изменяют свою полярность, ири этом в зависимости от знака разности часть нуль-органов возвращается з невозбужденное состояние, причем это зависит от уровня измеряемого напряжения источника 1 э. Процесг преоовазсвания заканчивается тогда, когда вге нуль-органы 2 - 6 и 8 риходят в невозбужденнсе состояние. Завершение преобразования происходит тогда, когда сигнал фиксирую,цего нуль-органа 8 через схемы И 47 или 48 (з зависимости от состояния знакового разряда;.сгпстра 17) не устанавливает триггер управления 18 в исходное состояние, После этого считывается код с разрядов регистра 17,Вспомогательные источники 9 - 13 и нуль- Органы 2 - 6 стасильны, Однако стабильность снижается, если величина каж"ОГО из вспомогательных источников 9 - 13 увели 1 ивается на сумму максимального значения негтабильногти любого из вспомогательных эталонов и дрейфа нуля ссответствуощего нуль-органа, что обеспечивается включением дополнительного резистора 25 между точкой подключения источника 15 измеряемого напряжения с вспомогательным источником 27 и общим входом резистивного делителя 28. Номинал резистора 25 выбирается таким ооразом, что падение напряжения на нем равняется указанной сумме уходов, В этом случае неправильные срабатывания нуль-органов 2 - 6 исключается, а полное уразнозешиванпе измеряемого напряжения источника 15 обеспечивается благодаря тому, что регистр 17 выполняется в виде счетчика, его заполнение до момента полного уравновешивания осуществляется в зависимости от знака напряжения источника 15 через схему И 20 или 45. Предмет изобретения 1. Преобразователь напряжение-код, содержащий линейный декодпрующий преобразователь, набор вспомогательных эталонов, выполненных, например, в виде вспомогательного источника и взвешенного резистизного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, соединенные со вспомогательчымп эталонами, блок управления, триггер управления и регистр линейного декодпрующего преобразователя, причем выход линейного декодирующего преобразователя подключен ко входам нуль-органов, ко вторым входам которых подключены вспомогательные эталоны, олок управления подключен к регистру линейного декодирующего преобразователя (ЛДП), вход которого через схему И соединен с выходом триггера управления, а входы триггера управления соеданены с запуском и выходом фиксирующего нуль-органа, от,гггчаюцийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преосразозания разнополярных напряжений, в него введены коммутатор полярности вспомогательных эталонов, элемснт задержки, 44103 10логические схемы И в цепи сброса триггера управления, логическая схема И в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме И в цепи сброса триггера управления, а через инвертор - ко второй схеме И в цепи сброса триггера управления, причем первая схема И в цепи сброса триггера управления подключена к прямому, а вторая к инверсному выходам знакового разряда регистра, прямой выход которого соединен с блоком управления, а инверсный выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему И в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эта лонов. 2. Преобразователь напряжение-код попункту 1, отличающийся тем, что, с целью снижения требований к стабильности нуль-ор ганов и вспомогательных эталонов, в неговведен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и источнику измеряемого напряжения, а второй - к общей точке вспомогательных 15 эталонов.Заказ 749/1181ЦНИИП пнсное С п, Х ил, пред. Патент Изд. М 1529 Государственного комитет по делам изобретений Москва, Ж, Раушска