Аналого-цифровой преобразователь поразрядного уравновешивания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 974572 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ полнительное к авт. с у -е. 1 М. Кл.з й 03 К 13/1 22) Заявлено 020281 (21) 3243807/18-21присоединением заявки Ко 23) Приоритет -Опубликовано 151182. Бюллетень Ко 42 сударственный комитет СССР о делам изобретений и открытийЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОРАЗРЯДНОВНОВЕШИВАНИЯ еобрапораза 3 Изобретение относится к аналогоцифровой измерительной технике и может быть использовано в контрольноизмерительных системах различного 5назначения, работающих в условияхдействия импульсных помех,Известен аналого-цифровой преобразотель, построенный по схеме поразрядного уравновешивания, содержащий 1генератор импульсов, преобразователькода в напряжение, регистр кода,логический блок и блок сравнения,первый вход которого соединен с источником преобразуемого напряжения,а второй - с выходом преобразователя кода в напряжение, входы которогоподключены через регистр кода к выходам логического блока, первый управляющий вход этого блока соединен спервым выходом блока сравнения, адругие - с выходными шинами распределителя импульсов 1).Недостатками его является низкаяпомехоустойчивость, обусловленная действием как внешних импульсных помех, 2так и сбоями дискретных элементов.наличие динамических погрешностей,вызванных изменением сигнала за время преобразования низкая корректирующая способность преобразователя ),Известен аналого-цифровои пр зователь, построенный по схеме рядного уравновешивания, содерж щий генератор импульсов, распределитель импульсов, преобразователь кода в напряжение, регистр кода, логический блок и блок сравнения, и связи между ними 1 2.Недостатками устройства является низкая помехоустойчивость в условиях действия внешних импульсных помех и сбоях в элементах его цифровой части, низкая корректирующая способность динамических погрешностей, так как период измерения состоит из двух циклов, а коррекция производится только на последнем. Поэтому глубина коррекции не может быть больше величины последнего разряда первого цикла уравновешивания, При этом значение этого разряда может только увеличиваться.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь поразрядного уравновешивания, содержащий генератор импульсов, вход которого соединен с шиной "Запуск", первый выход соединен со входомраспределителя импульсов, нечетные выходы которого подключены к соответствующим входам установки в единицу основного регистра кода, выходы которого соединены со входами основного преобразователя кода в на пряжение, а выходы дополнительного регистра кода - со входами дополнительного преобразователя кода в напряжение, первый выход элемента сравнения соединен с шиной входного сигнала, 1 О введены элементы И текущего такта и последующего такта, элементы ИЛИ основного регистра кода, элементы ИЛИ дополнительного регистра кода, элемент ИЛИ, элемент памяти гашения разряда предыдущего такта и сумматор, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение, а выход соединен со вторым входом элемента сравнения, третий вход которого подключен к выходной шине стробирующих импульсов генератора импульсов и первому входу элемента памяти гашения разряда предыдущего такта, второй вход которого соединен с выходной шиной импульсов разрешения гашения генератора импульсов и с первыми входами элементов И текущего и последующего тактов, вторые входы ко торых соединены с выходом элемента сравнения и с первым входом элемента памяти состояния разряда предыдущего такта, второй вход которого соединен с выходной шиной тактовых 35 импульсов генератора импульсов, третий вход - с выходом элемента памяти гашения разряда предыдущего такта, прямой выход которого подключен к третьим входам элементбв И преды О дущего такта, а инверсный - к третьим входам элементов И текущего такта, кроме первого, при этом выходы распределителя импульсов подключены соответственно к четвертым45 входам элементов И текущего такта и, кроме первого, к четвертым входам элементов И предыдущего такта, а четные выходы распределителя импульсов соответственно подключены к входам установки в единицу раз рядов дополнительного регистра кода, входы установки в нуль разрядов основного и дополнительного регистров кодов соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ основного 55 и дополнительного регистров кода, первые входы которых соединены с шиной "Запуск", вторые соответственно соединены с выходами элементов И текущего такта, а третьи кроме 6 О последнего элемента ИЛИ дополнительного регистра кода, соответственно соединены с выходами элементов И последующего такта и с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом элемента памяти гашения разряда предыдущего такта.На чертеже изображена функциональная схема аналого-циФрового преобразователя.Схема содержит генератор 1 импульсов, распределитель 2 импульсов, основные регистр 3 кода и преобразователь 4кода в напряжение, сумматор 5, дополнительные регистр 6 и преобразователь7 кода в напряжение, элемент 8 ИЛИ,элемент 9 памяти состояния разрядапредыдущего такта, элемент 10 памяти гашения разряда предыдущего такта,элемент 11 сравнения, элементы И 1217 текущего такта, элементы И 18-22предыдущего такта, элементы ИЛИ 23.25 основного регистра кода, элементыИЛИ 26-28 дополнительного регистракода, шику 29 "Запуск", шину 30 тактовых импульсов, шину 31 стробирующихимпульсов, шину 32 импульсов разрешения гашения, шину 33 выходаэлемента сравнения, шину 34 прямогои шину 35 инверсного выходов элемента памяти 9, выходные шины 36-41 распределителя 2 импульсов и шину 42входного сигнала.На шине 33 с приводом импульса пошине 31 вырабатывается сигнал "1"если О ( Ок, и сигнал "0", еслиОО , где О, - измеряемое напряжение, О к - напряжение компенсациина выходе сумматора 7.На шине 35 с приходом импульса пошине 30 вырабатываются сигналы "0" либо "1", причем "1" в том случае, когда на выходах элементов 10 и 11 имеются сигналы "1", а сигнал "0" - востальных случаях. На шине 34 вырабатывается сигнал, противоположныйсигналу на шине 35.На выходе элемента 10 с приходомимпульса по шине 31 вырабатываетсясигнал "1", а с приходом импульса пошине 32 - "0", если на выходе элемента ИЛИ 8 сигнал "1", и "1" в противном случае. Генератор 1 поочередновырабатывает импульсы соответственнона шинах 30-32.Устройство работает следующим образом.Импульсы "Запуск" по шине 29 устройства устанавливаются в начальноесостояние, при этом все разрядыосновного 3 и дополнительного 6 регистров кодов через элементы ИЛИ23-28 устанавливаются в нулевое состояние, рашрешается прохождение импульсов по шинам 30-32 с генератора 1.Работу преобразователя рассмотрим при воздействии импульсных помехкак отрицательной, так и положительной полярности, а также при изме,нении измеряемого напряжения за время преобразования как в сторонууменьшения, так и увеличения,10 20 45 1. Пусть 01 = 116, где Ь-дискрет-ность преобразователя, и на первом такте работы преобразователя действует импульсная помеха ф (с) отрицательной полярности, амплитуда которой равна 9 Ь. 51-й такт. Импульс по шине 30 через распределитель 2 включает старший разряд оснонного регистра 3, при этом на выходе сумматора 5 сформируется компенсационное напряжение 0=46, Поскольку ОК У ОХ - 1=2 то с приходом импульса по шине 31 сигнал "1" установится на шине 33, одновременно на выходе элемента 10 также сигнал "1". Импульс по шине 32 выключает старший разряд основного регистра 3 через элементы И 18, ИЛИ 25, а элемент 10 состояния не изменяет, так как на выходе элемента ИЛИ 8 импульс отсутствует.2-й такт. Импульс по шине 30 устанавливает на шинах 34, 35 сигнал соответственно "0" и "1" и включает старший разряд дополнительного регистра б. Пбскольку Ок=4 Ь, то О,Ох= 116 и импульсом по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "0", а элемент 10 своего состояния и= изменяет. Импульс по шине 32 не изменяет состояния разрядов основного и дополнительного регистров кодов 3 и 6, а также - состояние элемента 10.3-й такт. Импульс по шине 30 устанавливает на шинах 34 и 35 сигналы соответственно "1" и "0" и включает З 5 второй разряд основного регистра 3. Поскольку О =6 Ь, то О х 7 Ои с приходом импульсов по шинам 31 и 32 состояния элементов 11, 10 и разрядов регистров кодов 3 и б не изме нятся.4-й такт. Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35, включает второй разряд дополнительного регистра б. Поскольку 0=86, то ОА т Ок и импульсы по шинам 31 и 32 состояния элементов 11, 10 и разрядов основного и дополнительного регистров кодов 3 и б не изменяет.50Аналогичным образом происходит процесс поразрядного уравновешивания на 5-м и б-м тактах. В результате в основном регистре кода 3 устанавливается кодовая комбинация 011, а в дополнительном регистре б кода - 111. Эта кодовая комбинация соответствует десятичному числу 10.2. Пусть О =0 и на первом такте работы преобразователя действует импульсная помеха т) положитель- ф ной полярностй с амплитудой 66.1-й такт. Импульс по шине 30 включает старший разряд основного регистра кода. Поскольку 0 к =4 Ь то О с О+6 с) = 6 Ь, и с прйходом им пульса по шине 31 иа выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "0", на выходе элемента 10сигнал "0". Импульс по шине 32 не иэМеняет состояния старшего разрядаосновного регистра 3 и сигнала на ныходе элемента 10,2-й такт. Импульс по шине 30 устананлинает на шинах 34 и 35 сигналысоответственно "1" и "0" и включаетстарший разряд регистра 6. Поскольку 0=8 и, то Ок Ох -0 и с приходомимпульса по шине 31 сигнал "1" устанавливается на шине 33, сигнал навыходе элемента 10 не изменяется. Импульс по шине 32 через элементы И 18,ИЛИ 23 выключает старший разряд основного регистра 3, на выходе элемента 10 устанавливает сигнал "0",так как на выходе элемента ИЛИ 8 находится сигнал "1".3-й такт. Импульс по шине 30 неизменяет сигналы на шинах 34 и 35 ивключает второй разряд основного регистра кода 3. Поскольку 06 и, тоОр О и с приходом импульса по шине 31 сигнал на шине 33 не изменяется, на выходе элемента 10 устанавливается сигнал "1". Импульс по шине32 через элементы И 19, или 26 выключает старший разряд дополнительного регистра б, на выходе элемента10 устанавливает сигнал ".0".Аналогичным образом происходитпроцесс поразрядного уравновешивания на 4-м, 5-м и 6-м такте. В результате в основном и дополнительномрегистрах кодов 3 и 6 устанавливаются кодовые комбинации 000 и 001.Эта кодовая комбинация соответствуетдесятичному числу 1.3. Пусть О, =86 и за время каждого такта д с значение О увеличивается на 1/36.1-й такт. Импульс по шине 30 Нклю"чает старший разряд основного регистра 3. Поскольку 01 =56 с Ох(0)8 й, то с приходом импульса йо шине 31 на выходе элемента 11 (шина33) устанавливается сигнал "0", ана выходе элемента 10 - "1". Импульспо шине 32 не изменяет состояниястаршего разряда оснонного регистра 3и сигнала на выходе элемента 10.2-й такт. Импульс по шине 30 устанавливает на шинах 34 и 35 сигналысоответственно "1" и "0" и включаетстарший разряд регистра б, ПосколькуО = ОЬ с 01 (д 1) = 8 , то с пРиходом импульса по шине 31 сигналы нашине 33 и выходе элемента 10 не изменятся. Не изменяются состояния раз"рядов основного и дополнительного регистров кодов 3 и б и сигнал на нь.о-де элемента 10 с приходом импульсапо шине 32.3-и такт. Импульс по шине 30 на изменяет сигналов на шинах 34 и 35 ивключает второй разряд основного регистра 3. Поскольку 0,:1 о% Ох (д+)=8Й, )го с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "1", сигнал на выхоце элемента 10 не изменяется, Импульс по шине 32 через элементы И 19, ИЛИ 26 выключает старший разряд дополнительного регистра кода б, на выходе элемента 10 устанавливается сигнал "0". (О4-,й такт. Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35 и включает второй разряд дополнительного регистра б. Поскольку Ок,=8% Ох(Ъь 1):9 Ь, то с приходом (5 импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "0", а на выходе элемента 10 - "1", Импульс по шине 32 не изменяет состояния регистров 3 и б 2 О кодов и сигнала на выходе элемента 10.5-й такт. Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35 и включает младший разряд основного регистра 3. Поскольку Ох,=9%Ох(4 дИ=91 то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) и на выходе элемента 10 сигналы не изменятся. Импульс по шине 32 не изменяет состояний разрядов регистров 3 и 6 кодов и сигнала на выходе элемента 10.б-й такт. Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35 и включает младший разряд дополнительного регистра 6. Поскольку Ю),=106) Оу,(5 д)=9 2/3 Ь, то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33)устанавливается сиг" нал ц 1", на выходе элемента 10 сиг. 4 О нал не изменяется. Импульс по шине 32 через элементы И 22, ИЛИ 25 выклЮ- чает младший разряд основного регистра кода 3, на выходе элемента 10 устанавливает сигнал "0". 45 В результате в основном 3 и дополнительном б регистрах кода устанавливаются кодовые комбинации 110и 011. Эта кодовая комбинация соответствует десятичному числу 9,4. Пусть О=4 й и за время каждоготакта Ь значение О х уменьшитсяна 1/Зв.1-й такт. Импульс по шине 30 55включает старший разряд основногорегистра 3. Поскольку Ох,=1 ) Ох(0),то с приходом импульса по шине 31на выходе элемечта 11 (шина 33) устанавливается сигнал "1", а на выходе элемента 10 - сигнал "1". Импульспо шине 32 через элементы И 12,ИЛИ 13 выключает старший разряд регистра 3, сигнал на выходе элемента 10 не изменяется. 05 2-й такт. Импульс по шине 30 устанавливает на шинах 34 и 35 сигналы соответственно "0" и "1" и включает старший разряд дополнительного регистра б. Поскольку к 4(7 О(дИ=З- (, то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11(шина 33) устанавливается сигнал "1", на выходе элемента 10 сигнал не изменяется. Импульс по шине 32 выключает старший разряд дополнительного регистра б, состояние сигнала на выходе элемента 10 не изменяется.3-й такт. Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35 и включает второй разряд основного регистра 3. Поскольку Ох = И Ох(2 дЮ 5 Й, то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "0", сигнал на выходе элемента 10 не изменяется. Импульс по шине 32 не изменяет состояний разр-.дов основного и дополнительных регистров 3, б кодов и сигнала по выходе 10.4-,й такт, Импульс по шинах 30, 34 и 35 включает второй разряд дополнительного регистра 6. Поскольку О =46) Ох(3 лс) =35, то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "1", на выходе элемента 10 сигнал не изменяется. Импульс по шине 32 через элементы И 20, ИЛИ 24 выключает второй разряд основного регистра 3 и на выходе элемента 10 устанавливает сигнал "1".5-й такт. Импульс по шине 30 не изменяетсигналов на шинах 34 и 35 и включает младший разряд основного регистра 3. Посколькук:(Ох(4 дЦ=1-Ц то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина 33) устанавливается сигнал "1" и на выходе элемента 10 устанавливается сигнал "1". Импульс по шине 32 через элементы И 21, ИЛИ 27 выключает второй разряд дополнительного регистра 6, на выходе элемента 10 устанавливается сигнал "0".Б-й такт, Импульс по шине 30 не изменяет сигналов на шинах 34 и 35, и включает младший разряд дополнительного регистра б. Поскольку О=2 М Ох(Юд)=2 3-, , то с приходом импульса по шине 31 на выходе элемента 11 (шина ЗЗ) устанавливается сигнал "0", а на выходе элемента 10 - "1", Импульс по шине 32 не изменяет состояний (разрядов основного и дополнительного регистров 3, 6, и сигнала на выходе элемента 10.В результате в основном идополнительном регистрах 3 и 6 установятсякодовые комбинации 001 и 001.Эта кодовая комбинация соответствует числу 2.Таким образом, аналого-цифровой преобразователь обладает повышеннойпомехоустойчивостью к воздействию как импульсных помех, так и сбоям дискретных элементов; повышенной способностью к коррекции динамических погрешностей, вызванных изменением сигнала за время преобразования 5 как в сторону уменьшения, так и увеличения.Формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь поразрядного уравновешивания, содержащий генератор импульсов, вход которого соединен с шиной "Запуск", пер вый выход соединен со входом распределителя импульсов, нечетные выходы которого подключены к соответствующим входам установки в единицу разрядов основного регистра кода, выходы которого соединены со входами основного преобразователя. кода в напряжение, а выходы дополнительного регистра кода - со входами дополнительного преобразователя кода в напряжение, первый вход элемента сравнения соединен с шиной входного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности преобразования, в него введены элементы И текущего такта и последующего такта, элементы ИЛИ,основного регистра кода, элементы ИЛИ дополнительного регистра кода, элемент ИЛИ, элемент памяти гашения разряда предыдущего такта и сумматор, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение, а выход соединен со 40 вторым входом элемента сравнения, вретий вход которого подключен к выходной шине стробирующих импульсов генератора импульсов и к первому входу элемента памяти гашения раз ряда предыдущего такта, второй вход которого соединен с выходной шиной импульсов разрешения гашения генератора импульсов и с первыми входамиэлементов И текущего и последующеготактов, вторые входы которых соединены с выходом элемента сравнения ис первым входом элемента памяти состояния разряда предыдущего такта,второй вход которого соединен с выходной шиной тактовых импульсов генератора импульсов, третий вход - свыходом элемента памяти гашения разряда предыдущего такта, прямой выходкоторого подключен к третьим входамэлементов И предыдущего такта, а инверсный - к третьим входам элементов И текущего такта, кроме первого,при этом выходы распределителя импульсов подключены соответственно кчетвертым входам элементов И текущего такта и,кроме первого, к четвертым входам элементов И предыдущего такта, а четные выходы распределителя импульсов соответственно подключены к входам установки в единицу разрядов дополнительного регистра кода, входы установки в нуль разрядов основного и дополнительногорегистров кодов соединены соответственно с выходами элементов ИЛИосновного и дополнительного регистров кода, первые входы которых соединены с шиной "Запуск", вторые соответственно соединены с выходамиэлементов И текущего такта, а третьи, кроме последнего элемента ИЛИдополнительного регистра кода, соотв е тственно соединены с выходами элементов И последующего такта и с входами элемента ИЛИ, выход которого,соединен с третьим входом элемента памяти гашения разряда предыдущего такта. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. И., "Энергия", 1975, с. 299.2. Авторское свидетельство СССР Р 748863, кл. Н 03 К 13/17, 10,05.78.974572 Составитель Л,БеляеваТехред М, Гергель Корректор Н.Король Редактор А.Долинич Тираж 959 Подписное ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5