Аналого-цифровой преобразователь последовательного уравновешивания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Зав Н 03 К 13/17 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН 21 ) 3352853/18-2122) 25.09.8146 ) 23. 07.83 Бюл. 9 2772) М.М.Гельман53 ) 681.325088.8)(54) 57) 1.АНАЛОГО ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОИАТЕЛЬНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ, содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный сизмерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входомзапуска декадного распределителямладшего разряда, кодовые входы которого подключены к соответствующимвходам преобразователя единичногокода в напряжение, к управляющемувходу ключа подключен первый выходтриггера, первый вход которого черезсоответствующий декадный элемент Иподключен к выходу компаратора иуправляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декадныераспределители старшего и промежуточных разрядов, распределители сигналов запуска, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностипреобразования, в него введены многовходный элемент И, дополнительныйтриггер и элемент И-НЕ, а в каждыйразряд, кроме .младшего, между кодовыми входами преобразователя единичного кода в напряжение и выходамидекадного распределителя соответству;ющему ему разряда введены элементы И,ЯО 1030965 А выходы которых соединены с соответствующими входами преобразователя единичного кода в напряжение, первый вход каждого элемента И, кроме перво. го, через элемент ИЛИ соединен с вторым входом предыдущего элемента И и соответствующим выходом декадного распределителя, первый вход первого элемента И разряда и управляющие . входы элементов ИЛИ соединены с первым .выходом распределителя сигналов запуска данного разряда,а второй вход последнего элемента И разряда соединен с соответствующим выходом декадногораспределителя, с первым входом декадного элемента И данного разряда и через формирователь - с первым входома декадного элемента ИЛИ, второй входкоторого подключен к второму выходураспределителя сигналов запуска, а выход соединен с первым входом рас- Спределителя сигналов запуска следующего разряда и через декадный Фор- Я мирователь временного интервала это- .емго разряда соединен с первым входомэлемента И-НЕ, второй вход которогоподключен к третьему выходу распреде- ффлителя сигналов запуска н второмувходу декадного элемента И этогоразряда, а выход элемента И-НЕ соеди- (нен с соответствующим входом много- ,ее входового элемейта И, выход которого арфподключен к шине сигнала ошибки, чет. ( Двертый выход распределител)я сигналовзапуска разряда соединен с: входомдекадного распределителя этого разряда, второй вход - с выходом тактового генератора, третив вход - свыходом декадного элемента И, причем фпервый вход распределителя сигналовзапуска старшего разряда соединен сшиной сигналов запуска, и через декадный формирователь временногоинтервала этого разряда - с первымвходом элемента И-НЕ этого разряда,второй вход которого подключен ктретьему выходу распределителя сигна1030965 жит элемент И-НЕ, формирователь,ключи, одновибратор, элемент И итриггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и третьим входами распределителясигналов запуска, второй вход которо.го соединен с первым входом первогоключа, первый вход - с выходом элемента И-НЕ, второй выход с - выходомэлемента И, третий выход - с первымвыходом триггера, вторым входом первого ключа, первым входом элементаИ-НЕ и второго ключа, четвертый выход - с выходом второго ключа, второй вход которого через формировательсоединен с вторым входом элемент 2И-НЕ и выходом одновибратора, входкоторого подключен к выходу. первогоключа, второй выход триггера соединенс первым входом элемента И, второйвход которого подключен к выходуформирователя. Изобретение относится к цифровой измерительной технике и обеспечивает аналого-циФровое преобразование измеряемой величины ее последователь ным уравновешиванием ступенчатым, 5 подекадно изменяющимся напряжением с повышенной достоверностью результата преобразования.Известен аналого-цифровой преобра зователь А 411), содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный с измерительной шиной устройства и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, декадный распределитель, соответствующими 15 входами соединенный с преобразователем единичного кода в напряжение, тактовый генератор, соединенный через ключ с входом запуска декадного рас-,пределителя запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые входы которого соединены с соответствующими входами преобразователя единичного кода в напряжение, к сигнальному входу ключа подключен выход триггера, вход которого через эле" мент И, одним из входов соединенный с выходом этогоже триггера, подключен к выходу компаратора Г 1 3Недостатком устройства являетсяпониженная достоверность результатов 3 О, ,преобразования, обусловленная как сравнительно низким быстродействием устройства,. что приводит к росту динамической погрешности, так и отсутствием средств диагностики сбоев и отказов.Известен АЦП последовательного уравновешивания, содержащий компара лов запуска и второму входу декадНого элемента И этого разряда, а выход элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом многовходногоэлемента И, а в младшем разряде первый вход декадного элемента И соединен с последним выходом соответствующего декадного распределителя, второйвход - с первым выходом триггера,второй выход которого соединен спервым входом дополнительного триггера, первый выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ,второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен ксоответствующему входу многовходногоэлемента И, второй вход триггераподключен к выходу элемента ИЛИпредыдущего разряда.2. Иреобразователь по п. 1,о т л и ч а ю.щ и й с я тем, чтораспределитель сигналов запуска содер тор соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распредв" лителя младшего разряда, кодовые выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триггера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подключен к выходу компаратора и управляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декад ные распределители старшего и проме", жуточных разрядов распределителя сигналов запуска 2.Однако в известном устройстве отсутсвуе контроль достоверности результатов преобразования.Для достижения указанной цели в АЦП последовательного уравновешивания, содержащий компаратор, соответствующими входами соединенный с измерительной шиной и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска декадного распределителя младшего разряда, кодовые выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя единичного кода в напряжение, к управляющему входу ключа подключен первый выход триг-. гера, первый вход которого через соответствующий декадный элемент И подключен к выходу компаратора иуправляющим входам декадных элементов И остальных разрядов, декадные распределители старшего и промежуточ ных разрядов, распределители сигна. - лов запуска, введены многовходовый элемент И, дополнительный триггер, и элемент И"НЕ, а в каждый разряд, кроме младшего, между кодовыми входа. ми преобразователя единичного кода в напряжение и выходами декадного распределителя соответствующего ему разряда введены элементы И, выходы которых соединены с соответствующими кодовыми вхОдами преобразователя единичного кода в напряжение, первый вход каждого элемента И, кроме первого, через .элемент ИЛИ соединен с . вторым входом предыдущего элемента И и.соответствующим выходом декадного. распределителя, первый вход первого элемента И разряда и управляющие входы элементов ИЛИ соединены с первым выходом распределителя сигналов запуска данного разряда, а второй вход последнего элемента И разряда соединен с соответствующим выходом декадного распределителя, с первым входом декадного элемента И данного. разряда и через формирователь - с .первым входом декадного элемента ИЛИ)второй вход которого подключен к второму выходу распределителя сигналов запуска, а выход соединен с пЕрвым входом распределителя сигна-. лов запуска следующего разряда и через декадный, формирователь временного интервала этого разряда соединен с первым входом. элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему выходу расцределителя сигналов запуска и второму входу декадного элемента этого разряда, а выход элемента И-НЕ соединен с соответствующим входом:многовходового элемента И, выход которого подключеен к шине сигнала ошибки, четвертый выход распределителя сигналов запуска разряда соединен с входом декадного распределителя этого разряда, второй вход - с выходом тактового генератора, третий вход - с выходом декад- ного элемента И, причем первый вход распределителя сигналов запуска стар шего разряда соединен с шиной сигналов запуска, и через декадный формирователь временного интервала этого разряда - с первым входом элементаИ-НЕ этого разряда, второй вход которого .подключен к третьему выходу распределителя сигналов запуска ивторому входу декадного элемента И этого разряда, а выход элемента И-НЕсоединен с соответствующим входом многоходового элемента И, а в младшем разряде первый вход декадногоэлемента И соединен с последним выходом соответствующиего декадного . распределителя, второй вход - с первым выходом триггера, второй выходкоторого соединен с первым входомдополнительного триггера, первый выход которого подключен к первомувходу элемента И-НЕ, второй входкоторого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к соответствующему входу многовходногоэлемента И, второй вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ предыдущего разряда.Причем распределитель сигналовзапуска содержит элемент И-НЕ, формирователь, ключи, одновибратор,элемент И и триггер, йервый и второй 15 выходы которого соединены соответственно с первым н третьим входамираспределителя сигналов запуска,второй вход которого соединен с первым входом первого ключа, первый щ выход - с выходом элемента,И-НЕ,второй выход - с выходом элемента И,третий выход - с первым выходом триггера, вторым входом первого ключа,первым входом элемента И-НЕ и второгоключа, четвертый выход - с выходомвторого ключа, второй вход которогочерез формирователь соединен с вторымвходом элемента И-НЕ и выходом одновыбратора, вход, которого подключен квыходу первого ключа, второй выходтриггера соединен с первым входомэлемента И, второй вход которогоподключен к выходу формирователя.На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - схема распределиЗ 5 теля сигналов запуска.Устройство. содержит измерительнуюшину 1, компаратор 2, декадный преобразователь 3 единичного кода внапряжение, декадные распределители 40 4-6 старшего, промежуточных и младшего разрядов, соответственно, элементы И 7, элементы ИЛИ 8, распределитель 9 сигналов запуска с выходами 10-13 и входами 14-16, шину 17сигнала запуска, тактовый генератор 18, элементы ИЛИ 19, декадныеэлементы И 20, формирователь 21,ключ 22, триггеры 23 и 24, шину 25сигнала конца измерения, формирователи 26 временного интервала, элементы И-НЕ 27, многоходовый элементИ 28, шину 29 сигнала ошибки.Распределитель сигналов запускавключает элемент И-НЕ 30, элементИ 31, ключи 32 и 33, триггер 34,формирователь 35, одновибратор 36.Устройство работает по принципууравновешивания измеряемой величиныопорньм,напряжением, изменяющимсяступенями, пропорциональными 10и 60 от максимального значения 10 - 1, гдеи - число десятичных разрядов представления измеряемой величины. Ступенчатое напряжение формируется декадным преобразователем 3 единичногокода в напряжение (ПЕКН), в соответ 1030965ствии с единичным параллельным кодом, на выходах декадных распределителей 4-6. В исходном состоянии напряжеййе ПЕКН равно максимальному, ойо превышает измеряемую величину, что Фиксируется выходным единичньж сиг-ф налом компаратора 2.АЦП принимает исходное состояние по внешнему сигналу сброса (цепи сброса не обозначены ), при котором сигналы кода всех разрядов на входах ПЕКН являются единичными, триггер 23 блокирует передачу сигналов через ключ 22 и присоединенный к нему элемент И 20, триггер 24 переключается в состояние, при котором на выходе подключенного к нему элемента И-НЕ 27 выходной сигнал, является единичным н исходном единичном сигнале компаратора 2, В исходном состоянии выходные сигналы всех остальных эле" ментов И-НЕ 27 также равны единице, что обеспечивается .переключением в соответствующее состояние триггеров 34 всех распределителей сигналов запуска (Фиг. 2). Триггеры 34 блокируют при этом ключи 32 и 33,В состоянии покоя выходной сигнал одновибратора 36 (фиг, 2) является нулевым. Однако этот сигнал передается через элемент И-НЕ 30, поэтому в устойчивом положении одновибратора 36 на выходе 10 распределителя сигналов запуска действует единичное значение сигнала. Это обеспечивает единичные сигналы на выходах соответствующих элементов И 7 при исходных единичных сигналах декадных распределителей 4 и 5.С поступлением внешнего сигнала запуска на шину 17 из исходного состояния переключается триггер 34 первого из распределителей сигналов запуска управляющего запуском декад" .ного распределителя 4, и тем самым, деблокируются ключй 32 и 33 этого распределителя и блокируется элемент И 31, Вместе с тем, при переключении триггера 34 распределителя 9 на выходе 15 этого распределителя появляется единичный сигнал, который деблокирует присоединеный к этому вы" ходу элемент И 20. Это обеспечивает в дальнейшем переключение триггера 34 при изменении единичных сигналов на любом из двух других входов элемента И 20. Первым же появивишимся тактовым сигналом генератора 18 на входе 16 первого распределителя 9 через дебло кированный ключ 33 запускается одно- вибратор 36 этого распределителя. Выходной сигнал одновибратора становится при этом единичным и, так как на втором входе. элемента И-НЕ 30 действует теперь единичное значение сигнала триггера 34, то сигнал на выходе 10 распределителя 9 стано 10 вится нулевым и напряжение ПЕКН уменьшается на одну ступень старшего разряда. Если измеряемая величина меньше установленного напряжения ПЕКИ (уменьшенного на ступень, пропорН циональную величине 10 ), то значение выходного сигнала компаратора 2 не изменится, Поэтому, после завершения воздействия единичного сигнала одновибратора 36 первого израспределителей сигналов запуска,Формирователь 35 сформирует из зад"него Фронта сигнала одновибратораИмпульс. Этот импульс через деблокированный ключ 32 (передача его черезэлемент И 31 блокирована) поступаетв пепь запуска распределителя 4,переключает его и на его первомвыходе сигнал становится нулевым,При этом на соответствующем кодовомвходе ПЕКН появляется нулевой сигнали напряжение ПЕКН после завершениядействия одновибратОра Зб ОСтаетсяуменьшенным на одну ступень.Таким образом, достигается проверка направления рассогласования допереключения декадного распределителя. Это обеспечивает постоянное превы"шение напряжением ПЕКН уровня измеряемой величины, необходимое поусловиям уравновешивания. Далее уменьЗ 0 шение напряжения ПЕКН идентичными ступенями происходит аналогичным образом.Если по мере уменьшения напряжения ПЕКИ ступенями данного разрядас началом воздействия очередного 35. сигнала одновибратора 36 копаратор 2зафиксирует, что измеряемая величинабольше установленного напряженияПЕКН, то изменение при этом выходного сигнала компаратора .(это измене.ние передается через деблокированный элемент И 20 на вход 14 соответствующего распределителя.9) вызываетпереключение триггера 34 данногораспределителя сигналов запуска. С переключением этого триггера висходное состояние вновь блокируютсяключи,32 и 33, что исключает в последующем запуск одновибратора 36данного распределителя 9 и передачуимпульса Формирователя 35 в цепь 50 запуска соответствующего декадногораспределителя (в данном случаестаршего разряда), а также блокируетсвязанный с этим распределителемсоответствующий элемент И 20.Одновременно с переключением 55триггера 34 выходной сигнал элемента И-НЕ 30 данного распределителявновь становится единичным, причемдо завершения действия единичногосигнала возбужденного одновибратора 36. Это, в свою очередь, приводитк восстановлению предыдущего значения напряжения ПЕКН, уменьшенногона ступень с началом действия сигнала одновибратора 36, и к восстанов,лению единичного сигнала компаратора 2. Тем самым завершается уравновешивание в пределах данной декады (старшего десятичного разряда) кода, причем напряжение ПЕХН превы,шает при этом. измеряемую величину.11 осле завершения действия одновибротора 36 импульс с выхода формирователя 35 через деблокированный тригером 34 элемент И 32 поступает ,на выход 12 данного распределителя сигналов запуска и далее на вход 15 соседнего распределителя сигналов запуска, управляющего перекхаочением декадного распределителя соседнего, первого из промежуточных разрядов. В этом (втором) распределителе сигналов запуска переключается триггер 34, выходным сигналом которого одновременно деблокируется элемент И 20 в цепи его входа 14. Изменение сигна ла компаратора 2 воздействует теперь- только. на данный распределитель 9. Далее процесс уравновешивания повторяется аналогично описанному, но с уменьшением на величину ступеней данного промежуточного разряда,:Если с выключением всех девяти ступеней данного разряда. установленное напряжение ПЕКН превышает значение измеряемой. величины, то при . изменении единичного значения сигнала последнего из разрядов данного декадного распределителя на нулевое в формирователе 21 формируется импульс, который воздействует на вход 15 распределителя сигналов запуска, . управляющего декадным распределителем соседнего младшего разряда (передается через элемент ИЛИ 19) аналогично сигналу запуска, Одновременно указанное изменение сигнала последнего разряда декадного распределителя вызывает изменение значения выходного сигнала соответствующего .элемента И 20 с единичного на нулевое, что приводит, в свою очередь, к переключению триггера 34, распределителя 9 (к которому присоединен данный элемент И 20) и к блокированию элемента И 20. Тем самым завершается уравновешивание в пределах данной декады.Описанным образом выполняется уравновешивание последовательным уменьшением напряжения ПЕКН ступенями различных разрядов, при этом декадные распределители переключают. ся таким образом, что напряжение ПЕКИ на уровне старшего и промежуточных разрядов превышает измеряемую величину.После завершения уравновешивания с точностью до предпоследнего младше. го разряда, соответствующим сигналом последнего из распределителей 5 переключается триггер 23, деблокируя ,ключ 22 и элемент И 20 в его цепи запуска фиг. 1 . Изменение напряжения ПЕКН ступенями младшего разрядавыполняется непосредственно тактовыми сигналамй генератора 18, поступающими через деблокированный ключ 225 на вход декадного распределителя 6.Когда напряжение ПЕКН становится раВным измеряемой величине или меньшеее с точностью до единицы младшего,разряда кода, сигнал компаратора 2,10 изменяется на нулевой, что приводитк переключению триггера 23 и блокированию передачи тактовых сигналов черезключ 22. Одновременно изменение сигнала триггера 23 вызывает переключе 5 ние триггера 24, выходной сигнал ко-торого является сигналом конца измерения (шина 25).Триггер 23 может переключатьсятакже и сигналом последнего разрядадекадного распределителя 6, т,е.когда значение младшего десятичногоразряда кода измеряемой величины становится нулевым. Если при этом зна-.чение выходного сигнала компараторане измееняемя на нуМевое, то сигнал25 на выходе элемента И-НЕ 27 в цепитриггера 24 становится нулевым. ЭтотФакт .Гоюрят об Окщбке преобразования и отображается нулевым сигналомна выХоде элемента И 28, т.е. наЗО шине 29,йравильность уравновешивания на ф.дов кода коитрсаируется следующимобразом,Так как частота тактовых сигналОвпостоянна, то время уменьшения напря.жения 11 ЕКЙ на величину девяти студеней (декаду) данного разряда не должно превышать суммы периодов девятифО тактовых сигналов. с началом уравновешивания на уровне ступеней .данногозрйда кода сигналом запуска данного распределителя 9, поступающим наего вход 15, одновременно начинается45 и формирование временного интерваласоответствующим Формирователем 26.Временной интервал задают равны неменее, чем девяти периодам тактовыхсигналов. Формирователь 26 может.5 О быть выполнен, например, в видеодиовибратора. В исходном состояниивыходной сигнал элемента,и-не 27имеет единичное значение, так как навыходе 13 распределителя 9 сигналпри этом нулевой, а выходной сигналФормирователя 26 единичный. С началомуравновешивания в пределах декадыданного разряда сигнал на выходе 13становится единичным (переключаетсятриггер 34 распределителя сигналовзапуска), а выходной сигнал Формирователя 26 нулевым, Если за интервалвремени сущестования нулевого сиг"нала на выходе Формирователя 26значение сигнала на выходе 13 распреб 5 делителя 9 не изменяется на исхоц 1030965 10ное нулевое, это говорит о том, что в данном декадном распределителе за девять тактов оказалась не включен- ной хотя бы одна ступень, и компаратор не зафиксировал при этом измейения знака рассогласования),то поле окончания указанного интервала времени сигнал на выходе формирователя 26 вновь становится единичным, а сигнал на выходе соответствующего элемента И-НЕ 27 - нулевым. Поэ тому на выходе элемента И 28 появля" ртся нулевой сигнал - признак ошибки, и результат преобразования при этом не учитывается. Если сигнал ошибки появляется в нескольких следующих 1.друг за другом циклах преобразования,то этот факт говорит о систематическом отказе, что требует принятиясоответствующих мер. Временный интервал, выдаваемый, формирователем 26,может быть увеличен сверх суммыпериодов девяти тактов с тем, чтЬбыисключить влияния возможных сбоевпри передаче тактовых сигналов ипереключения распределителей и ПЕКН. Таким образом, повышается достовер ность результата преобразования. При этом контроль результата преобразования выполняется параллельно с про" цессом уравновешивания.а%ВЕ ю.Зфв илиал 11 ПП фПат Ролф уле П Редактор А. Шишки Закаэ 5233/57 6г Состаиитеав В. ВЬЗцавТехред Т.банта Корректор В. Бутяг ПодписноеСССР.д. 4/5