Способ аналого-цифрового преоб-разования и устройство для егоосуществления

Союэ Советскмк Социалистических Республик.ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ и 1839050 Ф"1(22) Заявлено 17.09,79с присоединением эаявк 1) 2820568/18-21 20 сударственный комнте СССР по дедам изобретений и открытий(23) Приорит Бюллетень Йо 22 публмкоеано 10Дата опубликования описания 1506(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ фровой.и можетии ини еобни о та р ком этогона точноий помех Изобретение относится к ци электрои змерительной техникенайти применение при построен тегрирующих аналого-цифровых р разователей.Известен способ аналого-цифрового преобразования двухтактным интегрированием, основанный на интегрировании входного напряжения в течение первого такта длительностью, кратной периоду сетевой помехи, с последукцим интегрированием опорного напряжения обратной полярности во втором такте и квантованием импульсами образцовой частоты интервала времени второго такта 11.Недост ат способа является влияние сть преобразования искажен и и ее начальной фазы.Наиболее близким к предлагаемому является способ аналого-циФрового преобразования, заключающийся в том, что в каждом цикле преобразования интегрируют входное напряжение в течение первого такта, затем интегрируют во втором такте опорное напряжение обратной полярности входному напряжению, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времет начала второго такта до моменавенства нулю проинтегрированного напряжения, через половину периода сетевого напряжения от начала первого такта интегрируют входное напряжение в третьем такте длительностью, равного длительности первого такта, затем интегрируют в четвертом такте опорное напряжение обратной полярности входному напряжению, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала четвертого такта до момента равенства нулю проинтегрированного напряжения, результат пре образования определяют как полусуммучисла импульсов, полученных во втором и четвертом:.тактах, и устройство для осуществления укаэанного способа, содержащее блокзапуска и последова- О тельно соединенные блок переключения,интегратор и нуль-орган, выход которого подключен ко входу блока управления, к первому входу формирователя интервалов времени и к первому входу первбго ключа, второй вход которого подключен к первому входу форми рователя интервалов времени, второй выход которого подключен к управлякщему входу блока переключения, О два других входа блока переключенияподключены к выходу источника входного сигнала и ныходу источника опорного напряжения, третий вход первогоключа соединвн с выходом генератораобразцовой частоты, а выход первогоключа подключен к счетному входу первого счетчика, информационныв выходыкоторого через первый регистр-сумма-.тор соединены со входами запоминающего регистра, управляющий вход которого соецинвн с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входупервого регистра-сумчатора 2 .Недостатком данного изобретенияявляется низкая точность аналого-цифрового преобразования нри действии 15несимметричного напряжения помехи.Цель изобретения - повиаенив точности,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу аналого-цифроного преобразования, заключакцвмусяв том, что в каждом цикле преобразования интегрируют нходнов напряжение в течение первого такта, затеминтегрируют во втором такте. опорноенапряжение обратной полярности входному напряжению, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала второго такта до момента равенства нулю проинтегрированногонапряжения, через половину периодасетевого напряжения от начала первого такта интегрируют входное напряжение в третьем такте длительностью, равной длительности первого такта, затем интегрируют в четвертом такте 35 опорное напряжение обратной полярноснуль-орган, выход которого подключенко входу блока управления, к первомувходу формирователя интврналон времени и к первому входу первого клю- .ча, второй вход которого подключенк первому выходу формирователя интервалов врвмвни, второй выход которого подключен к управляющему входу блока пврвключейия, дна других входа блока переключения подключены к выходу источника входного напряжвния и ти входному напряжению, кнантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала четвертого такта до момента равенства нулю 40 проинтегриронанного напряжения, результат преобразования определяют как полусумму числа импульсов, полученных во нтором и че 1 вертом тактах, в каждом следующем цикле првоб-. 45 разования начало интегрирования в первом и третьем тактах смещают относительно предыдущего цикла на интервал времени, пропорциональный разности числа импульсов, полу чвнных но втором и четвертом тактах.Такой способ макет быть осущвстнлен устройством, содержащим блок запуска и последовательно соединенные блок переключения, интегратор и выходу источника опорного напряжения, третий вход первого ключа соединен с выходом генератора образцовой частоты, а,выход первого ключа подключен к счетному входу первого счетчика, информационные выходы которого через первый регистр-сумматор соединены со входами запоминающего регистра, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу первого регистра-сумматора, в который дополнительно введены второй ключ, второй счетчик, второй н третий регистры-сумматоры и блок совпадения кодов, первые информационные входы которого подключены через третий и второй регистры-сумматоры к информационным выходам первого счетчика, а вторые информационные входы - к инФормационным выходам второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго ключа, первый вход которого связан с выходом блока запуска, второй вход - с выходом генератора образцовой частоты, а третий вход в ,с выходом блока совпадения кодов, вторым входом формирователя интервалов времени и входами сброса первого и второго счетчиков, причем управляющие входы второго и третьего регистров-сумматоров подключены к управляющим входам первого регистра- сумматора и запоминающего регистра соответственно.На Фиг. 1 представлена временная диаграмма протекания итерационного процесса; на Фиг, 2 - блок-схема устройства, реализующего способ.В первом цикле преобразования в момент перехода напряжения сети через нулевой уровень (Фиг. 1) начинается первый такт, в котором интегрируется преобразуемое налряжение О, искаженное помехой О, Длительность первого такта Т подобрана таким образом, что ТТ/4, где Т - период помехи. По окончании первого такта начинается второй, в котором интегрируется опорное напряжение Оообратной полярности к входному. Одновременно формируется интервал времени Т, равный длительности второго такта, когда проинтегрированное напряжение станет равным нулю. Этот интервал времени квантуется импульсами образцовой частоты Го и определяется число импульсов М пропорциональное входному напряжению.В слвдукций момент перехода напряжения сети через нулевой уровень, т.е. через половину периода помехи, начинается третий такт, в котором интегрируется входное напряжение (О,1 О). Длительность третьего такта Т равна длительности первого. По окончании третьего такта начинается четвертый, в котором снова интегрируется опор40 ное напряжение О . Как и прежде определяется длительность четвертого такта Т, и чиСло импульсов й пропорцио"Гнальное входному напряжению.Результат преобразования йоп-.ределяется как й,=(й,+й,)/2.На этом заканчивается первыйцикл преобразования.Второй цикл преобразования отличается от первого тем,.что началапервого и третьего тактов преобразования смещены относительно началв первом цикле на величину дТ 4, пропорциональную разности Т -Т,. Каки в первом цикле определяются интервалы времени Ти В, числа импульсов М и й, а также результат15преобразования во втором циклей =(й +й )/2В-том цикле преобразования начала интегрирования в первом итретьем тактах смещаются на величину пропорциональную ХТ д -Т ,иопределяется результат преобразования й; =(й; +й;)/2Процесс преобразования осуществляется до тех пор, пока (й, - й,) сайф 25где ьй - некоторое допустимое значение, определяемое допустимой погрешностью преобразованияИтерационный процесс сходитсяв окрестности перехода напряженияпомехи через нулевой уровень независимо от ее начальной Фазы. В наихудшем случае (при отсутствии однойполуволны помехи) приведенная ковходу погрешность преобразования35может быть уменьшена в 1,6 Ф раз,где С=Т/4 Т. Чем меньше искажениепомехи, тем в большей степени уменьшаются погрешности преобразования,Скорость сходимости итерационногопроцесса составляет 5-6 периодовпомехи и зависит от степени искажения.Устройство (Фиг. 2) содержитисточник 1 опорного напряжения,блок 2 переключения, интегратор 3, 45нуль-орган 4, формирователь 5 интервалов времени, первый ключ 6, первый счетчик 7, генератор 8 образцовой частоты, блок 9 управления, первый регистратор 10, второй регистрсумматор 11, запоминающий регистр 12,третий регистр-сумматор 13, блок 14совпадения кодов, блок 15 запуска,второй ключ 16, второй счетчик 17.На входы блока 2 переключения подается измеряемое напряжение Ос напряжением помехи Ои выходное напряжение источника 1 опорного напряжения. Влок 2 переключения 6 подключаетна вход интегратора 3 в первом итретьем тактах преобразования вход- еОное напряжение О+ О а во втором и четвертом тактах напряжение Ористочника 1 опорного напряжения.В момент достижения выходного напряжения нулевого уровня срабатывает 65 нуль-орган 4, выходной импульс которого поступает на первый вход формирователя 5 интервалов времени, на первый вход первого ключа 6 и на вход блока 9 управления. Второй вход клчча 6 соединен с.одним выходом формирователя 5 интервалов времени, другой выход которого подключен к управляющему входу блока 2 переключения. Формирователь 5 интервалов времени формирует длительность интервалов времени интегрирования Т в первом и третьем тактах, а также - Т и Т 4 во втором и четвертом тактах. При этом второй и четвертый такт начинается сразу после .окончанйя первого и третьего тактов, а их конец определяется появлением импульса на выходе нуль-органа 4. В течение длительностей второго и четвертого тактов счетчик 7 заполняется импульсами образцовой частоты Го, которые поступают в счетчик 7 через открытый ключ 6 с выхода генератора 8 образцовой частоты.Информационные выходы первого счетчика 7 соединены.с информационными входами первого и второго регистров-сумматоров 10 и 11 соответственно. Причем в первом регистре-суммато.Ре 10 осуществляется суммирование результатов преобразования й;и й;4 во втором и четвертом тактах, полученных в счетчике 7, а во втором регистре-сумматоре 11 - их вычитание, По истечении четвертого такта результаты, полученные в первом и втором регистрах-сумматорах 10 и 11, переводятся в запоминанхций регистр 12 и третий регистр-сумматор 13 соответственно. Работой первого, второго и третьего регистров-сумматоров 10, 11 и 13, а также запоминающего регистра 12 управляют выходные сигналы блока 9 управления.Информационные выходы третьего регистра-сумматора 13 соединены с первыми входами блока 14 совпадения кодов, вторые входы которого соединены с информационными выходами второго счетчика 17В момент равенства кодов второго счетчика 17 и третьего регистра-сумматора 13 на выходе блока 4 совпадения кодов появляется импульс, который поступает на второй вход Формирователя 5 интервалов времени, входы сброса обоих счетчиков 7 и 17 и на третий вход второго ключа 16. Этот импульс определяет начало первого и третьего тактов интегрирования, а также закрывает второй ключ 16. Ключ 16 открывается импульсами с входа блока 15 запуска, которые формируются в моменты перехода напряжения сети через нулевой уровень. Импульсы с выхода генератора 8 образцовой частоты поступают на счетный вхоц второго счетчика 17 через открытый ключ 16. В течение открытого ключа 16 в счетчик 17 приходит число им 839050пульсов, пропорциональное коду третЪ его регистра-сумматора 13, в котором алгебраически суммируются разности преобразований второго и четвертого тактов.Время интегрирования в первом и третьем тактах подобрано иэ расчета, что Тт/4, где Т - период напряжения помехи.Устройство работает следующим образом.При включении устройства в обоих счетчиках 7 и 17 и регистрах 10-13 устанавливаются нулевые состояния.В момент перехода сетевого напряжения через нулевой уровень включается запуск 15 и своим выходным им пульсом открывает второй ключ 16, в результате чего импульсы с выходаю генератора 8 образцовой частоты начинают поступать на счетный вход счетчика 17, При достижении состоя О ния счетчика 17 равного состоянию регистра 13, срабатывает блок 14 совпадения кодов, который своим выходным импульсом закрывает второй ключ 16, сбрасывает в нуль оба счетчика 7 и 17 и включает формирователь 5 интервалов времени. Последний на время длительности первого такта через переключатель 2 подключает на вход интегратора 3 входное напряжение О. О . По окончании первого такта формирователь 5 интервалов времени формирует следующий импульс, в результате чего на вход интегратора 3 через переключатель 2 подключается источник 1 опорного напряжения, напряжение которого имеет обратную к выходному напряжению полярность, Одновременно этот импульс открывает первый ключ 6, через который счетные импульсы с выхода 40 генератора 8 образцовой частоты начинают поступать на вход первого счетчика 7.При достижении на восходе интегратора 3 нулевого уровня срабатыва ет нуль-орган 4, выходной импульс которого отключает формирователь 5, интервалов времени, закрывает ключ и включает блок 9 управления.На первом выходе блока 9 управления поянО ляется импульс, который осуществляет перезапись состояния М, счетчика 7 в регистры 10 и 11. В следующий момент перехода напряхения сети че" рез нулевой уровень снова включается блок 15 запуска и устройство работает также как и в первых двух тактах за исключением того, что н счетчике 7 фиксируется состояние, так как интегрирование в третьем такте осуществляется через половину периода помехи, т.е. при доугой ее полуволне. Кроме того, по сигналу с первого выхода блока 9 управления в регистре 10 фиксируется число м=(м 1. М 4)/2,а в регистре у 11 - Ь М, г й 1- й,д, после этого посигналу со второго выхода блока 9управления числа М 1 иь й, переводятся в регистры 12 и 13 соответственно, а регистры 10 и 11 обнуляются.На этом заканчивается перный циклработы устройства,Во втором цикле устройство работает как и в первом, с тем отличием, что начало интегрирования впервом и третьем тактах смещается навеличину д Т пропорциональнуючислу Ь й, записанному в регистре13. По окончании второго цикла в регистре 12 записывается числой=(й+ М 4)/2, а н регистре 13число Д й = Ь М 1 АЛЬМ, где 6 й -" Мд - МЬ 4й и М 4- результаты преобразованияво втором и четвертом тактах второгоцикла преобразования.В 1 -том цикле преобразованиясмещение начала интегрирования в первом и третьем тактах относительнопервого цикла определяется величиной,пропорциональной Х ь й;. . Результат1преобразования определяется как; =(.)"; 2" )В результате такого итерационногопроцесса моменты начала интегрированияв первом и третьем тактах автоматически выбираются такими, что интегрирование входного сигнала осуществляется н окрестности перехода помехи через нулевой уровень независимо от начальной фазы помехи,Формула изобретенияСпособ аналого-цифрового преобразования, заключающийся н том, что в каждом цикле преобразования интегрируют входное напряжение. н течение первого такта, затем интегрируют во втором такте опорное напряжение обратной полярности входному напряжению, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала второго такта до момента равенства нулю проинтегрированного напряжения, через половину периода сетевого напряжения от начала первого такта интегрируют входное напряжение в третьем такте длительностью, равной длительности первого такта, затем интегрируют в четвертом такте опорное напряжение обратной полярности нходному напряжению, кнантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала четвертого такта до момента равенства нулю проинтегриронанного напряжения, результат преобразования определяют как полусуыиу числа импульсов, полученных во втором и четвертом тактах, о т л и ч .а и щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в каждом следующем преобразовании начало интегрирования в первом и третьем тактах смещают относительно предыдущего цикла на интервалвремени, пропорциональный разностичисла импульсов, полученных во втором и четвертом тактах,2. Устройство по п.1, содержащее блок запуска и последовательно соединенные блок переключения, интегратор и нуль-орган, выход которого подключен ко входу блока управления, к первому входу Формирователя интервалов времени и к первому входу первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу формирователя интервалов времени, второй выход которого подключен к управлякщему входу блока переключения, два других входа блока переключения подключены к выходу источника входного напряжения и выходу источника опорного напряжения, третий вход первого ключа соединен с выходом генератора образцовой частоты, а выход первого ключа подключен к счетному входу первого счетчика, информационные выходы которого через первый регистр-сумматор соединены со входами запоминающего регистра, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу первого регистра-сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что в него дополнительно введенывторой ключ, второй счетчик, второйи третий регистры-сумматоры и блоксовпадения кодов, первые информационные входы которого подключены через 5 третий и второй регистры-сумматорык информационным выходам первогосчетчика, а вторые информационныевходы - к информационным выходамвторого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго ключа, первый вход которого связанс выходом блок запуска, второй вход -с выходом генератора образцовой частоты, а третий вход - с выходомблока совпадения кодов, вторым вхо дом формирователя интервалов времени и входами сброса первого и второго счетчиков, причем управлякщневходы второго и третьего регистровсумматоров подключены к управляющим 20 входам первого регистра-сумматора изапоминакщего регистра соответственно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЭ 5 1. Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы.М., "Высшая школа", 1973, с, 185-187,2, Принишников В.А. Интегрирующие циФровые вольтметры постоянноготока. 1976, с. 88-81, рис. 2-12прототип) .839050 Составитель В.Махнановедактор М.Петрова Техред С,Мигунова Корректор М Демчи аказ иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Прое 80/3 ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Мокраж 988рственного козобретений иква, Ж, Ра Подписноетета СССРкрытийская наб., д, 4/5