Устройство сравнения

О П И С А Н И Е ( )1 оо 4959ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскикСоциалистическиРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Опубликовано 15. 03. 83. Бюллетень10 ве аевам кзебретевкй и атрьпий(53) УДК 621374.33(088.8) Дата опубликования описания 15,03.83(5) УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ Изобретение относится к циФровой измерительной технике и может быть использовано в устройствах автоматического контроля напряжения,Кзвестно устройство сравнения, в котором контролируемый (Ок) и опорный (НО 1) сигналы преобразуются во временные интервалы с последующим выделением ргзностного временного интервала (,13.1 оНедостаткэми известного устройства являются наличие двух аналоговых элементов сравнения, из-за неидентичности характеристики которых возникают дополнительные погрешности, и неоднозначность работы при соотношении РХ=Роп.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для сравнения напряжений, содер-ро жащее блок управления, выход которого соединен непосредственно с первым входом первого триггера, а через генератор линейно изменяющегося напря 2.жения с первым входом компаратора, выход которого подключен ко второму входу первого триггера, элемент задержки, два элемента И, два ключа и второй триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого элемента И и блока управления, а выход - с первым входом второго элемента И, первые вхо" ды первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым входами устройства, вторые входы " с выходом первого триггера, со вторым входом второго элемента И и через элемент задержки с первым входом пер" вого элемента И; а выходы - со вторым входом, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, а выход второго элемента И соединен с выходом устройства 2 .Недостатками данного устройства являются наличие двух аналоговых ключей, из-за неидентичности которых возникают дополнительные погрешнос3 10049 ти, ограниченные функциональные воз- . можности, так как алгоритм работы и схема устройства не позволяют сравнивать напряжения при соотношении О х ( Ооппотому, что ключ, оммутирую- ф щий напряжение Ок, включается после того, как напряжение на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения достигнет уровйя напряжения Ов, кроме того, на выходе устройстваот сутствует качественная информация л результате сравнения (Ох Оопили Ох) ) Оой); необходимость представления допуска (Ооп) только в аналоговой Форме в ряде -.,",учаев приводит к при" И менению цифро-аналогового преобразователя (ОАП), возникновению дополнительной погрешности ОАП, снижению точности сравнения за счет усложнения устройства в целом.МГель изобретения - повышение точности сравнения и расширение функ" циональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство сравнения, содержа- И щее первый элемент И, компаратор, вход которого подключен к первому выходу генератора линейно. изменяющегося напряжения, вторым выходом подключенного к первым входам первого и второ го триггеров, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, введены первый элемент сравъ нения кодов и первый элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, причем входы первого элемента И соединены со вторыми выходами первого и второго триггера, а второй вход второго триггера .соединен с выходом первого элемента сравнения кодов, входами подключенного к третьему. выходу генераторалинейно изменяющегося напряжения, а также второй. элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй элемент сравнения кодов, третий триггер и третий элемент И, второй вход которого соединен с пер" вым выходом первого триггера, а выход - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход третьего триггера подключен к второму выходу генератора лиф нейно изменяющегося напряжения, третий выход которого соединен со входами второго элемента сравнения кодов. 59 4 Нафиг. 1 приведена структурнаясхема предложенного устройства сравнения; на фиг. 2 - диаграммы его работы.Схема ( фиг, 1)содержит генераторлинейно изменяющегося напряжения,компаратор 2, блоки 3 и 4 сравнениякодов, триггеры 5,6 и 7,элементыИ 8, 9 и 10, элементы ИЛИ 11 и 12,генератор 13 тактовых импульсов, суммирующий счетчик 14, цифро-аналоговый преобразователь 15 входы 16, 17,и 18 устройства, выходы 19-23 устройства.Генератор 1 линейно изменяющегосянапряжения имеет первый выход с которого снимается аналоговое линейно.изменяющееся напряжение, второй выход, на котором сигнаг: принимает значение логического "0" при установкегенератора 1 в исходное состояние ипервую группу выходов., на которых формируется цифровой код, пропорциональный мгновенному значению аналоговоголинейно изменяющегося напряжения. Ге.нераторможет быть выполнен, например, на основе цифро-аналогового преобразователя ЦАП). При этомон содержит РАП 15, суммирующий счетчик 14 импульсов, выходы разрядов ко-.торого подключены ко входам разрядовЦАП 15 и к первой группе выходов генератора 1, генератор 13 тактовых импульсов. Первым выходом генератора 1является выход ЦАП 15, а вторым выходом - выход импульсов переполнениясчетчика 14.Устройство сравнения может бытьвыполнено на стандартных узлах с.применением серийных микросхем,Устройство работает следующим образом,По включению питания триггеры 5,6 и 7, счетчик 14 импульсов устанавливаютсяв произвольное положение. Запускается генератор 13 импульсов. Импульсы с выхода генератора 13 поступают на вход счетчика 14 и последовательно накапливаются в нем. В момент переполнения счетчика 14 на втором выходе. генератора 1 линейно-мзменяющегося напряжения появляется импульс 02 (фиг.2), который устанавливает триггеры 5, 6, и 7 в исходное положение. В результате этого на второй вход элемента 9 К поступает уровень О 6 алогической "1", на первый- уровень О 5 2 логического "0", при этом59Где иОо1 а 1 1=П 5 10049 на его выходе и на втором выходе 20 устройства устанавливается уровень 0 логического "0", На второй вход элемента И 8 поступает уровень 0-1 логической "1", на первый - уровень 06-25 логический "0",в результате чего на его выходе и на третьем выходе 19 устройства устанавливается уровень Оо ло гический "0". Так как на входы элемента ИЛИ 11 поступают уровни логичес 10 .кого "Он то на его выходе и на первом выходе.20 устройства также устанавливается уровень 0 логического "Он На второй вход элементаОО поступает уровень О логической "1 н на пер вый - уровень От логический "0", в результате чего на его выходе и на четвертом выходе 22 устройства устанавливается уровень О логического "0".На первом выходе генератора 1 ли . нейно изменяющегося напряжения напряжение О. (фиг,2) равно нулю. С этого момента (исходного положения) начина: ется рабочий цикл устройства.Импульсы с выхода генератора 13. по, ступают на вход счетчика 14 и последовательно накапливаются в нем. При этом на. первом выходе генератора 1выходе ЦАП. 15) формируется ступенчатое линейно-сменяющееся напряжение О. (фиг.2), а наего первой группе вЫходов-кодированный цифровой эквивалент линейно изменяющего напряжения.Напряжение О с первого выхода генератора 1 линейно-изменяющегося,на 35 пряжения поступает на первый вход компаратора 1, на второй вход которого с первого входа 16 устройства поступает контролируемое напряжение ОХ. Цифровой. эквивалент линейно изменяю 40 щегося напряжения с первой группы выходов генератора 1 поступает на первые группы входов элементов 3 и 4 сравнения кодов. На вторую группу входов элемента 3 сравнения кодов с первой группы 17 входов устройства поступает код М нижнего допуска, на вторую группу входов элемента 4 сравнения кодов со второй группы 18 входов устройства поступает код М верхнего до2пуска, причем М( М 2.С выхода компаратора 2 выдается импульс 0 в момент, когда линейно изменяющееся напряжение достигаетвеличины напряжения Ц Х55Ф1=п число разрядов счетчика 14; - опорное напряжение ОАП;номер разряда двоично-кодированного числа;знак (цифра) двоичной системы счисления, .который принимает значение "0" или "1".код, пропорциональ, у ".,ный величине напряжения ОХ,. от момента сО начала формированиялинейно изменяющегося напряжения 0(начала сравнения) до момента получения импульса Оформируется временной интервал ФХ пропорциональный коду ЦХ х = То"1 Хгде То - период следования импульсовгенератора 13.С выхода элемента 3 сравнения кодов выдается импульс 0 5 когда цифровой эквивалент линейно изменяющегося напряжения достигнет значения кода М 1. От момента йО начала сравнения до момента получения импульса Офор.- мируется временный интервал й, пропорциональный коду М 1с 1=1 о МС выхода элемента 4 сравнения кодов выдается Импульс О, когда цицеро" вой эквивалент линейно изменяющегося напряжения достигнет .значения кода М . От момента начала сравнения до мо 2мента получения импульса 0 формируется временной интервал й, пропорци" Ондльныи коду М2= ТоМ 2.Алгоритм работы устройства сравнения зависит от соотношения контролируемого напряжения О Х и опорных напряжений Ц и,и Ооп 2,которые задаются кодами М 1 и М 2 соответственно,В первом случае имеемОхОоп0 оптследовательноМх (М 1 ( М 2йХ.йВ момент равенства напряжения ОХ напряжение О генератора 1 формируется импульс 02, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера 6 и переключает его. Уровень О 1 логической "1" с первого выхода триггера 6 поступает на первый. вход элемента И 8, в результате чегона его выходе, выходах элементовИЛИ 11 и 12, первом, третьем и пятом. выходах 23, 19 и 22 устройства форми7 10руется передний фронт выходного сиг"нала ОВ, 011 и 012 соответственно После этого в момент равенства кодов напервой и второй группах входов элемента 3 сравнения на его выходе формируется импульс О, который поступает на второй вход триггера 5 и переключает его. Уровень О .логического "0" с первого выхода триггера 5 поступает на второй вход элемента И 8,в результате чего на его выходе, выходах элементов ИЛИ и И 12, первом, третьем и пятом выходах 20,19 и 22 устройства формируется задний Фронт выходного сигнала ОВ, Ои 012 соответ ст венно.При этом на выходах 20 и 22 устройства формируется импульс, длительность которого равнад, = х- , = То(МХ - М 4д 1 = - ТодМ 1Знак "минус" показывает, что Мх МНа третьем выходе 19 устроиства Формируется импульс длительностью Дс 1 при выполнении условия МхМ ,Таким образом, на первом и пятом выходах 20 и 22 устройства формиру. ются импульсы 01 ,0.12, длительность М. которых пропорцйональна разности контролируемого напряжения и напряжения нижнего допуска, заданного кодом М 1, На третьем выходе 19 .устройства Формируется импульс длительностью ЬФ, только при выполнении условия ОХ ( Поп 1,цто является качественным признаком результата сравнения относительно нижнего допуска ООП 1,Появление через время 2 импульса04 на выходе элемента 4 сравнения ко- дов, по которому переключается триггер 7, не приводит к изменению состояния выходов устройства.Рассмотрим случай, когдаООЩИХ ( ООП 2.1следовательноМ 1 ( МХМ 2С 1 хВ момент равенства кодов на первой и второй группах входов элементов 3 сравнения Формируется импульс Оз, который поступает на второй вход триггера 5 и переклюцает его. Уровень 0 2 логической "1" со второго выхода триггера 5 поступает на первый,вход элемента 9 И, в результате чего на его выходе, выходе элемента ИЛИ 11, первом и втором выходах 20 и 21 устройства формируется передний Фронт выходного сигнала 0 и О 4959 0 8соответственно. После этого в моментравенства напряжения Охи напряжения02 .1 генератора 1 формируется импульс 02, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера б и переключает его. УровеньО глогицеского "0" со второго выхода триггера 6 поступает на второйзход элемента И 9, в результате чего наего выходе, выходе элемента ИЛИ 11, первом и втором выходах 20 и 21 устройстваФормируется заданный фронт выходногосигнала 01 и Осоответственно. При этомна выходе 20 устройства формируется 5 импульс, длительность которого равнад 1Х 1 Т 0 МХ 1.д= +ТО дМ.Знак "плюс" показывает, что ММ Х щ На втором выходе 21 устройства Формируется импульс длительностью Ь 1 ф при выполнении условия М 1Юх.Таким образом, на первом выходе20 устройства. формируется импульс М О , длительность д 1 которого про 11порциональна разности контролируемого напряжения и напряжения нижнегодопуска, заданного кодом М 1. На втором выходе 21 устройства формирует- М ся импульс длительностью Д 11 толькопри выполнении условия ОО 11 ОХ, чтоявляется качественным признаком результата сравнения относительно нижнего допуска 0111 .Появление через время й 2 импульсаО на выходе элемента 4 сравнениякодов, по которому пере 1 лючаетсятриггер 7, не приводит к изменениюсостояния выходов устройства.И, наконец, в случае, когдаОП 1 002 ХследовательноМ( М 2 М1г тХСравнение напряжения ОХ с напряжением Оо нижнего допуска производится .аналогично сравнению при ус. ловии Оов 1 О ХО оп. Далее устройство работает следующимобразом,В .момент равенства кодов на первой и второй группах входов элемента 4 сравнения на его выходе Формируется импульс 01, который поступает на первый вход триггера 7 ипереключает его. Уровень 0 логиН ческой "1" с выхода триггера 7 поступает на первый вход элемента И 10,в результате чего на его выходе, выходе элемента ИЛИ 12, четвертом и пяФормула изобретения Э 10.019 том. выходах 23 и 22 устройства формируется передний Фройт выходного сигнала О и О 12 соответственно. После этого в момент равенства напряжения Ох и напРяжения О.1 генератора 1 Формируется импульс О 2, который с выхода компаратора 2 поступает на первый вход триггера 5 и переключает его. Уровень О 6 алогического "0" со второго выхода триггера 6 по р ступает на второй вход элемента И 10, в результате чего на его выходе, вы" ходе элемента ИЛИ 12, четвертом и пятом выходах 23 и 22 устройства Формируется задний Фронт выходного сигна у ла 01 ои О 1 соответственно, При этом на выходе 22 устройства Формируется импульс, длительность которого равнаъс 2- йрс - .й 2 = Т 0(Мх " Му)Ь 2 = +Т,йй 2МЗнак "глс" показывает, что Мрй 2Ка четвертом выходе 23 устройства формируется импульс длительностью ДФ при вполнеи услоя Й х ) М 2.Таким образом, на пятом выходе 22 устройства формируется импульс О 12, длительность Ьй 2 которого пропорцйональна разности контролируемого напряжения и .напряжения верхнего допуска, заданного кодом М 2.На четвертом выходе 23 устройства . формируется импульс длительностью Ю 2 только при выполнении условия ОхЪ 00 пр, что является ка;:;твенным признаком результата сравнения относительно верхнего допуска Оо 2. Эфоп я В конце цикла на втором выходе генератора 1 появляется уровень логического "0" (импульс переполнения счетчика 11 , и устройство сравнения устанавливается в исходное состояние.Далее процесс повторяется.Таким образом, предложенное уст45 роиство сравнения с новой совокупностью признаков выгодно отличается от прототипа,так как повышается точность сравнения за счет исключения погрешностей коммутирующих ключей; расшизяются функциональные возможности устройства путем обеспечения сравнения,контролируемого напряжения О с одним или двумя допусками, представленными кодами М,1 и М 2 при любой величине О 1, и выдачи не только коли- ффчественного результата Ьс 1, Ь 1 2 соавнения, но и качественного -Ь 1 1,+Ь 11, + ЬС 2 (меньше, равно, больше). 59 10Сравнение Цх только с одним до" пуском реализуется устройством по п.1 формулы 1 предлагаемого изобретения, сравнение О 1 одновременно с двУмя допусками - по п.2.Кроме того, представление величины допуска в виде кода позволяет задавать его величину непосредственно комбинацией логических уровней, что повышает эФфективность использования устройства сравнения в системах вво", да аналоговой информации с госледующей логической обработкой. Это позволяет исключить цицеро-аналоговые . преобразователи, необходимые для фор.мирования опорных напряжений допусков).При многоканальном сравнении напряжений Ох аппаратурные затраты существенно уменьшаются, так как генератор линейно изменяющегося напряжения может быть общим, а в каждом канале устанавливается компаратор схема сравнения кодов и выходная логика. Технико-экономический эффект применения устройства сравнения заключа" ется в том; что повышается точность сравнения контролируемого и опорных напряжений при любой величине О, на выходах устройства Формируются количественный и качественный результаты сравнения, величина опорных напряжений задается цифровым кодом, за счет-: чего повышается эффективность работы устройства в системах ввода и первичной обработки аналоговой информа" ции,1, Устройство сравнения, содержашее первый элемент И, компаратор, вход которого подключен к йервому вы" ходу генератора линейно изменяющего" ся напряжения, вторым выходом подключенного к первым входам первого и второго триггеров, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения тдчности и расширения Функциональных возможностей устройства, введены первый элемент сравнения кодов и первый элемент ИЛИ, входы кото 11 10 ОЩ 3 12рого соединены соответственно с вы" ра, а выход - с первым входом втоходами первого и второго .элементоврого элемента ИЛИ, второй вход ко- И, причем входы первого элемента И торого соединен с выходом первого зле соединены с вторыми входами первого мента И второй вход третьего триги второго триггера, а второй вход вто- гера подключен к второму выходу ге.Рого триггера соедииен с выхоДОм пер" нератора линейно изменяющегося напрявого элемента сравнения кодов, вхо- жения, третий выход которого соедидами подключенного к третьему выходу нен с входами второго элемента сравгенератора линейно изменяющегося напряжения. 1 О2. Устройство по п.1; о т л и ч а- Источники информации, ю щ е е с я тем, что в него введены принятые. во внимание при экспертизе второй элемент ИЛИ, последовательно 1, Авторское свидетельство СССР соединенные. второй элемент сравнения 11 405104, кл. О 05 В 1/01, 1971, кодов, третий триггер и третий эле 2. Авторское свидетельство СССР мент И, второй вход которого соеди- . 11 702341, кл.С 05 В 1/О 1, 1978 нен с первым выходом первого тригге- (прототип 1.1004959 Составитель В.ГрибоваРедактор М.Келемеш Техред М.КоштураКорректор Е.Рошко Проектная 0 р Ь каз 1893/б 0 Тираж 872 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб