Устройство для ввода информации

О П И С А Н И Е1930311ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 25. 07. 80 (21) 2968640/18-24с присоеяинением заявки Рй(5 )М. Кл. 6 06 Г 3/00 Н 03 К 17/00 Гваударстаалкый камктат ССФР ао делам наебретениЯ и аткрытиЯ.11(088.8) Дата опубликования описания 23 . 05. 82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ Изобретение относится к автома- тике, измерительной информационной технике и предназначено для коммутации и преобразования аналоговых сигналое с широким динамическим диапазоном в цифровой эквивалент. Оно может быть применено как внешнее устройство для измерительных. информационных систем и управляющих вычислительных комплексов.Известны устройства, используемые1 В для сбора и регистрации данных в измерительных информационных системах.сЭти устройства имеют коммутатор, каналов, выход которого через блок15 усилителей и коммутатор диапазонов подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а его управляющие входы подключены к выходу распределителя, запускаемого генератором тактовых импульсов 13.Недостатки этих устройств заключаются в том, что регистрация с их помощью быстропеременных процессов с Широким динамическим диапазоном практически невозможна из-за невосполнимых потерь информации вследствие неправильного выбора рабочего диапазона.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являе:тся устройство, которое содержит коммутатор каналов, вход которого подключен к датчикам, а выход через объединенные по входам усилители и последовательные ключи связан с входом .аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом устройства выбора диапазона, подключенного по выходу к управляющим входам ,последовательных ключей. Управляющие входы коммутатора каналов связаны с выходом распределителя, вход которого йодключен к выходу генератора тактовых импульсов 2 .Однако и здесь, не достигнуто высокой эффективности в устранении указанных недостатков, так как пере 3 93031 ключение диапазона требует здесь длительного времени, включающего в себя столько циклов аналого-цифрового преобразования, сколько их необходимо для подбора оптимального диапазона. 5 За это время входной сигнал успевает обычно в значительной мере измениться и достоверность полученных данных, а следовательно и надежность работы устройства, заметно снижаются. Кроме щ того, это устройство не позволяет автоматически учитывать полярность ,входного сигнала для более эффективного использования рабочей шкалы измерительного устройства.15Цель изобретения - повышение быст - родействия устройства эа сцет сокращения времени сбора сигналов с датчиков при регистрации быстропеременных процессов с широким динамическим диа" В пазоном.Поставленная цель достигается тем что в устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых им-, пульсов и распределитель импульсов, первый выход которого соединен с одним входом первого коммутатора, другие входы которого соединены с датчиками, блок усилителей, выходы которого соединены с входами вторего коммутатора, один выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, а выходЭ 5 соединен с первым выходом устройства, введены первый и второй компараторй, первый и второй регистры, последовательно соединенные счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй эле 45 мент задержки и второй элемент И, второй инвертор, .вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен с первым входом первого элемента И и первым входом56 счетчика, блок элементов И, одни входы которого соединены с выходами счетчика, а выходы с входами второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с входом блока усилителей, второй ключ, первый вход которога соединен с выходом первогокоммутатора и входом инвертирующегоусилителя, выход второго ключа соединен с входом блока усилителей ипервым входом первого компаратора,второй формирователь импульсов,третий инвертор, третий, четвертый,пятый элементы И и триггер, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с третьим и четвертым элементами И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя, вход которого соединенс выходом третьего элемента задержкии вторым входом первого элемента И,второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора,второй вход четвертого элемента Исоединен с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора,первый выход триггера соединен свторым входом второго ключа, второйвыход триггера соединен с вторымвходом первого ключа и первым входом элемента И, четвертый инвертор,вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки идругим входом дешифратора, а выходсоединен с вторым входом счетчика,третий выход распределителя импульсов соединен с вторым входом пятогоэлемента И, выход которого соединенс входом первого регистра, выходкоторого соединен с вторым выходомустройства, первый вход второго компаратора соединен с выходом второгокоммутатора, а выход соединен с вто-.рым входом второго элемента И, третий. вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другойвход блока элементов И соединен свторым выходом распределителя импульсов, выходы дешифратора соединены сдругими входами второго коммутатора,а вход первого инвертора соединен содним из выходов дешифратора,На чертеже представлена функциональная схема устройства для вводаинформации.Устройство содержит датчики 1,третий элемент 2 задержки, генератортдктОВых импульсов, Второй формирователь 1, четвертый инвертор 5,первый коммутатор 6, распределитель7 импульсов, третий элемент И 8,счетчик 9, инвертирующий усилитель10, второй ключ 11, триггер 12, тре тий инвертор 13, первый элемент Исигнала от подключенного датчика,триггер 12 полярности больше не переключится и преобразование входно"го сигнала в цифровой эквивалентаналого-цифровым преобразователем29 будет проведно на данной полярности. В противном случае полярностьэтого сигнала на входе блока усилителей 20 может еще переключиться доначала преобразования, работа которого задается сигналом с соогветствующего выхода распределителя 7. Дляисключения погрешностей измеренияеа счет переходных процессов припереключении ключей 11 и 16, выборполярности входного сигнала должензакончиться за некоторое время до начала преобразования, что осуществляется соответствующим выбором длительности импульса с формирователя4. Для исключения ошибок измеренийв случае, когда входной сигнал в момент начала преобразования проходит через нуль и меняет свой знак в процессевыбора рабочего диапазона и преобразования, на аналого-цифровой преобразователь 29 задается пьедестал понапряжению, смещающий относительныйнуль преобразователя за величину,немного превышающую возможное изме-.нение входного сигнала в момент егоотсчета. После выбора полярностивходного сигнала начинает работатьсхема автоматического выбора оптимального, в смысле точности, рабочего диапазона измерений. В промежутках между измерениями счетчик 9диапазонов сброшен потенциальным..сигналом с выхода распределителя7 через инвертор 5.Дешифратор 15номера диапазона при этом запертпо управляющему входу тем же сигна"лом с распределителя, но без инверсии последнего. При поступлении сигнала с генератора 3 тактовых импульсов одновременно с переключением каналое в соответствующем коммутаторе6 отпирается по управляющему входудешиФратор 15 диапазонов и снимаетсяпотенциальный сигнал сброса счетчика 9 через инвертор 5. При этом навыходе дешифратора 15 диапазонов,соответствующем самому чувствительному диапазону, появляется разрешаю"щий.сигнал, замыкающий соответствую-,щий ключ второго коммутатора 22 диапазоНов, подключая к входу аналогоцифрового преобразователя 29 усили-.тель с максимальным коэффициентом 5 9303 14, дешифратор 15, первый ключ 16, четвертый элемент И 17, первый формирователь 18 импульсов, первый элемент задержки 19, блок 20 усиления, первый компаратор 21, второй коммутатор 22, пятый элемент И 23, второй инвертор 24, первый инвертор 25, источник 26 напряжения, второй элемент 27 задержки, второй компаратор 28, аналогоцифровой преобразователь 29, первый 16 регистр 30, шестой элемент Й 31, блок 32 элементов И, второй элемент И 33, блок 34 контроля обрыва датчика, второй регистр 35, источник 36 опорного . напряжения, шина 37 нулевого потен% циала.Устройство аналогового ввода работает следующим образом.По сигналу с генератора тактовых импульсов 3 распределитель 7 импуль в сов вырабатывает сигнал переключения каналов первого коммутатора 6, подключающий один из датчиков 1 к последовательному второму ключу 11 и к цепочке из инвертирующего уси з лителя 10 и первого ключа 1 Ь. В за" висимости от полярности аналогового сигнала на входе блока 20 усилителей, первый компаратор 21 полярности выдаст потенциал логической единицы зв или нуля на инвертор 13 и элемент И 17. Допустим для определенности, что триггер 12 полярности установлен так, что ключ 11 замкнут, а ключ 16 разомкнут, а с выхода первого компаратора 21 полярности, сравнивающего аналоговый сигнал с нулевым потенциалом, Поступающим по одноименной шине 37, идет сигнал логической единицы, Через время, необходимое для затухания переходных процессов в пер-вом коммутаторе 6 каналов и определяемое элементом 2 задержки переднего фронта сигнала, формирователь 4 коротких импульсов по переднему Фронту сигнала выдаст импульс, который запишет на триггер 12 полярности состояние первого компаратора 21 поляр-. ности. При допущенном нами предыдущем состоянии триггера 12 произойдет его переключение в противоположное состояние и на входе блока 20 усилителей уже будет инвертированный входной аналоговый сигнал, поступающий через инвертирующий усилитель 1 О и ключ 16, который теперь будет замкнут. Если за время длительности импульса с формирователя 4 не произойдет смены полярности входного7 9303 усиления из блока 20 усилителей. После затухания переходных процессов в первом коммутаторе 6 каналов на элемент И 14 поступает задержанный по переднему фронту сигнал с распределителя 7. Элемент И 14 открыт сигналом с выхода элемента И 33, поступающим через инвертор 24. Сформированный формирователем 18 короткий импульс через время, определяемое эле О ментом 19 задержки и выбираемое рав ным времени срабатывания ключей второго коммутатора 22 диапазонов, поступает на элемент И 33, на один из входов которого подается сигнал с 1 выхода второго компаратора 28 диапазонов, сравнивающего напряжение на входе аналого-циФрового преобразователя 29 с опорным напряжением, поступающим с источника 36 и почти равным верхнему пределу диапазона входных сигналов преобразователя 29, Если опорное напряжение меньше, входного напряжения преобразователя 29, то на выходе второго компаратора 28 диапазона появляется разрешающий сигнал, отпирающий элемент И 33, и импульс перебора диапазона с элемента задержки 19 через элемент И 33 и инвертор 24 попадает на вход счет 30 чика диапазонов 9, в который 1 добавится единица по заднему фронту этого импульса, и через элемент И14; работающий как собирательный элемент для инвертированного импульса на вход формирователя 18, который вновь сформирует импульс, но уже по заднему Фронту предыдущего импульса, и далее этот импульс повторяет предыдущий импульс, и так до тех пор, пока второй компаратор 28 диапазона40не выдаст запирающий сигнал на элемент И 33 и не прекратит циркуляцию названного импульса, т.е. поканапряжение на входе преобразователя 29 не станет меньше напряжения с источника опорного напряжения 3 б, в счетчик 9 диапазонов при этом каждыйраз добавляется единица и к входупреобразователя подключается усилитель с меньшим коэффициентом уси- о ления из блока 20 усилителей через второй коммутатор 22 диапазонов, управляемый дешифратором 15 диапазонов. Таким образом, последовательно пере бираются все рабочие диапазоны устройства от более чувствительного к более грубому, пока сигнал на входе преобразователя 29 не окажется в ра 11 8бочем диапазоне преобразования, т.е.измерение будет проведено на оптимально подобранном рабочем диапазонеустройства с целью получения наивыс"шей точности измерения,8 слуцаеесли входной сигналпреобразователя 29 не попадает вего рабочий диапазон ни на одном издиапазонов, выбираемых коммутатором22, сигнал с выхода дешифратора 15,соответствующий самому грубому диапазону, открывает элемент И 31, черезкоторый импульс с выхода элемента 19задержки попадает на вход блока 34контроля обрыва датчика и далее навход устройства, куда поступают также сигналы состояния триггера 12 поляности, цифровой код с выхода аналого-циФрового преобразователя 29,соответствующий измеряемой величине,и номер диапазона, на котором былопроизведено измерение, поступающийна выход устройства с счетчика 9диапазонов через блок элементов И32 и регистр 35 диапазона служащий для Фиксации номера диапазона навремя регистрации данных. Запуск преобразователя 29 и перепись диапазона на регистр 35 диапазона через блокэлементов И 32 осуществляется по сиг-налу с распределителя 7, задержанному относительно запуска первого коммутора б каналов на время, необходимое для установления переходныхпроцессов в первом коммутаторе 6каналов и для прохождения полногоцикла перебора всех рабочих диапазонов на счетчике 9 диапазонов. Дляпрекращения циркуляции импульса перебора рабочих диапазонов сигналомвыхода дешифратора 15 диапазонов,соответствующим самому грубому диапазону, через инвертор 25 и элементзадержки переднего фронта 27 элемент И 33 запирается после прохождения очередного. импульса перебора диапазонов, прекращая дальнейшее переключение рабочих диапазонов последостижения самого грубого диапазона.Таким образом, предлагаемое устройство для ввода информации позволяет автоматически в процессе опроса входного сигнала определить егополярность и выбрать оптимальныйпо точности рабочий диапазон измерений. Это свойство позволяет применитьустройство для измерения переменныхвходных сигналов с широким динамическим диапазоном измерения и позво9 93031 ляет регистрировать данные о случайных и быстро протекающих процессах,формула изобретения Устройство для ввода информации, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, первый вы О ход которого соединен с одним входом первого коммутатора, другие входы которого соединены с датчиками, блок усилителей, входы которых соединены с входами второго коммутатора, выход 15 которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен со вторым выходом распределителя импульсов, а выход - с первым выходом уст ройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй компараторы, первый и второй регистры, последовательно 2 З соединенные счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый Формирователь импульсов и первый элемент задержки, последовательно соединенные первый инвертор, второй элемейт задержки и второй элемент И, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - с первым входом первого элемента И и первым входом счетчика, блок элементов И, одни входы которого соединены с выходами с 11 етчика, а выходы - с входами второго регистра, выходы которого соединены с группой выходов устрой- . ства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель и первый ключ, выход которого соединен с вхо-. дом блока усилителей, второй ключ, первый вход которого соединен с выходом первого коммутатора и входом инвертирующего усилителя, выход второго ключа соединен с входом блока усилителей и первым входом первого компаратора, второй Формирователь импуль 10сов, третий элемент задержки, третий инвертор, третий, четвертый, яятый элементы И и триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки и вторым входом первого элемента И, второй вход третьего элемента И соединен с выходом третьего инвертора., второй вход четвертого элемента И - с входом третьего инвертора и выходом первого компаратора, первый выход триггера соединен с вторым входом второго ключа, второй выход триггера - с вторым входом первого ключа и первым входом пятого элемента И, четвертый инвертор, вход которого соединен с первым выходом распределителя импульсов, входом третьего элемента задержки и другим входом дешифратора, а выход -. с вторым входом счетчика, третий выход распределителя импульсов соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом первого регистра, выход которого соединен с вторым выходом устройства, первый вход второго компаратора соединен с выходом второго коммутатора, а выход соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, другой вход блока элементов И - с вторым выходом распределителя импульсов, ;выходы дешифратора - с другими входами второго коммутатора, а вход первого инвертора - с одним из выходов дешифратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 610302, кл. Н 03 К 17/02, 1976.2. Авторское свидетельство СССРИ 615602, кл. Н 03 К 17/56, 1976 (прототип 3,1303 лаил ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектна Тираж сударствен делам изоб осква, Жого ко етенийРауш Подписн итета СССР и открытий кая наб. д