Способ преобразования напряжения в код и устройство для осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4 ц 4 11 03 М 1 ц 6 ц Я/ ПИ САНИ ОБРЕ Н АВТОРСКОМ ОДЕТ ЕЛЬСТВ 1, 1 - соответств но поряд ороговых г ые номера апряжений момент раветственно венства с и образий;напреобразуемого цового напряже код образцовог пряжения;обраэуе о накод пре пряжени ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72) В.Е. Тырса и В.В. Заходяченко (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им, Комсомола Украи ны(56) Гнатек Ю.Р. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровьпд пре образователям: Перев. с англ.Под ред. Ю.А. Рюмина. М.: Радио и связь, 1982, с. 81, с. 380.Шляндин В.М. Цифровые измеритель ные устройства. - М.: Высшая школа, 1981, с. 225-228.(54). СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ преобразования напряжения в код, заключающийся втом, .что осуществляют сравнениепреобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями, диапазон которыхсоответствует диапазону преобразуемого напряжения, и определяют результат преобразования, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповьшГения быстродействия, до выполнения сравнения формйруют образцовое напряжение, одновременно сосравнением преобразуемого напряжения с пороговыми напряжениями производят сравнение образцового напряжения с пороговыми напряжениями, порезультатам сравнения в моментыравенства мгновенных значений образцового и преобразуемого напряжений значению порогового напряже, цзОпцпщдя А ния формируют две последовательности импульсов, выделяют моменты совпадения по времени импульсов данных последовательностей и запоминают номера пороговых напряжений,соответствующих мгновенным эначениям образцового и преобразуемогонапряжений, а результат преобразования определяют по формуле гновенным значениям 2. Устройство для преобразования напряжения в код, содержащее блок сравнения, выполненный на и элементах сравнения, первые входы которых объединены и соединены с входной шиной, а вторые входы - с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, о т л и- . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия, в него введены второй блок сравнения, выполненный на и элементах сравнения, два блока формирователей импульсов, два элемента ИЛИ, три элемента И, триггер, два счетчика импульсов, постоянное запоминающее устройство, выход которого является выходной ши1181143 ной, первые входы соединены с выходами первого счетчика импульсов, вторыевходы - с выходами второго счетчика импульсов, третий вход - с пе вым входом триггера, вход первогосчетчика импульсов соединен с выходом первого элемента И, вход второ- .го счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента И, первыйвход которого объединен с первымвходом первого элемента И и соединен с вторым выходом триггера, второйвход второго элемента И объединенс первым входом третьего элемента Ии соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с вторым входомпервого элемента И и соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выходтретьего элемента И соединен с вхоИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в информационно- измерительных системах.Цель изобретения - повьш)ение быстродействия преобразования напряжения в код.На фиг.1 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на .фиг.2 - структурная схема устрой О ства для его осуществления. Предлагаемый способ преобразования напряжения в код заключается в том, что одновременно с подключением преобразуемого напряжения, изменяющегося в течение времени переходного процесса по экспоненциальному или другому непрерывному закону 0(й) = =РМ,2, ), где У, - установившееся значение преобразуемого напряжения, формируют изменяющееся по такому же закону У =Г(БО,С ) образцовое напряжение, установившееся значение У которого задают равным максимальному значению диапазона преобразуемых напряжений Б Одновременно сравнивают мгновенные значения изменяющихся преобразуемого и образцового наПряжений со значениями и пороговых напряжений Б -У 30 дом триггера, входы первого элемента ИЛИ соединены с соответствующими выходами первого блока формирователей импульсов, входы которогосоединены с соответствующими выходами элементов сравнения первого блокасравнения, первые входы элементовсравнения второго блока сравнениясоединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений,вторые входы элементов сравнениявторого блока сравнения объединеныи соединены с шиной образцовогонапряжения, а выходы элементовсравнения второго блока сравнениясоединены с соответствующими входами второго блока формирователей импульсов, выходы которого соединеныс соответствующими входами второгоэлемента ИЛИ. которые располагают равномерно по всему диапазону, соответствующему диапазону преобразуемых напряжений. При этом пороговые напряжения отстоят одно от другого на величину Б/л), что обеспечивает равномерное квантование Б к(С) и П(С) по амплитуде с шагом 6 У=ЬУ =65.Значение порогового напряжения с к-м порядковым номером определяется как У =КАП.Одновременно образуют первую и вторую импульсные последовательности путем формирования импульсов в моменты равенства мгновенных значений изменяющихся соответственно преобразуемого и образцового напряжений со значениями указанных пороговых напряжений.При этом сравнивают временные положения импульсов двух последовательностей относительно момента начала преобразования. В момент равенства временных положений одной из пар импульсов запоминают порядковые номера пороговых напряжений, значения которых равны мгновенным значениям изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений, и завершают преобразование в течение времени переходного процесса.3 181Поскольку 33 х и П(1;) изменяются во времени синхронно и по одному и тому же закону, то для произвольного момента 1 с в течение времени переходного процесса справедливо 5 утверждение У (1,. ) /П(Т ) =Б/Псгде У(с) и Бо(с) - мгновенные значения изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений в момент времени. Если за такой мо- О мент времени С принять момент равенства временных положений одной из пар импульсов, при котором Б(с)=Б; а Уо(гс)=Б где Б, и Б - значения -го и -го порого вых напряжений, которые в момент с равны мгновенным значениям изменяюсщихся соответственно преобразуемого и образцового напряжений, то можноПх Пм("с) П20 записать,что - =Бо Пд(с) Пи Поскольку Б =160 а Б; =36 Ц то П/П, = д/.Следовательно, зная порядковые номера пороговых напряжений, значе ния которых в момент йс равенства временных положений одной из пар импульсов равны мгновенным значениям изменяющихся преобразуемого и образцового напряжений, можно вычислить установившееся значение преобразуемого напряжения по формуле Бх = И/3)Бс.Преобразование завершено в момент равенства временных положений одной из пар импульсов, т.е. в течение времени переходного процесса Б(С) так как импульсные последовательности преобразуются в течение этого периода времени. При этом число отличимых один от друго-40 го результатов преобразования или число различаемых состояние входного сигнала, которые определяют точность преобразования, равно числу отличимых одно от другого значений45 отношений д/1 из множества таких соотношений 1/ для которых задано условие х ( 1 гдепринимают значение от 1 до лЦикл преобразования начинается в50 момент времени 1 , когда подключается преобразуемое напряжение (фиг,1 а), изменяющееся в течение времени переходного процесса по экспоненциальному закону, При этом55 О(Ц =и(1-е ")где Цх - установившееся искомое значение преобразуемого напряжения (фиг.1 а).Одновременно с подключением преобразуемого напряжения формируется образцовое напряжение (фиг.1 Д 1 изменяющееся по такому же закону (под равенством законов изменения во времени преобразуемого и образцового напряжений подразумевается и равенство постоянных времени процессов У(с) и У(Г). При этомО,Я 0,(1-е"),(2) где У - установившееся значениеообразцового напряжения, которое1 х макс (фиг.13),Мгновенные значения изменяющихся преобразуемого и образцовогонапряжений Б(й) и У (с) одновременно сравнивают со значениями и пороговых напРяжений БпПпПппкоторые отстоят одно от другого навеличину Ь У=У/и+1 и расположех максны равномерно по всему диапазону,соответствующему диапазону преобразуемых напряжений. В моментыравенства мгновенных значенийУх(С) и Б (1) с значениями пороговых напряжений формируют импульсы,которые образуют первую и вторуюимпульсные последовательности(фиг,1 б,г). Образование импульсныхпоследовательностей осуществляетсяодновременно в течение времени переходного процесса цх(г.),.В течение времени образованияимпульсных последовательностей сравнивают временные положения импульсов первой последовательности(входной) с временными положениямиимпульсов второй последовательности (образцовой). Сравнивают временные положения импульсов относительно момента С начала преобразования.При одинаковых законах измененияБ(С) и Уо(С) временные положенияимпульсов входной (Тк Тх ТхзТ) и образцовой (Т ТоТох)последовательностей определяютсяустановившимися значениями соответственно преобразуемого Б и образцового Го напряжений, которые всегдаравны У , то временные положенияимпульсов образцовой последовательности занимают всегда фиксированныеположения в каждом цикле преобразо 5 1 вания. В момент 1 о равенства временного положения Тх одного из импульсов входной последовательности и временного положения Т одного из импульсов образцовой последовательности запоминают порядковые номераи 1 пороговых напряжений Б, и Б соответственно, значения которых в момент Т равны соответственно ПХ и Цо(Сс). ДлЯ момента времени С ,разделив равенство (1) на равенство (2), получаем Пх Тх ) По То )х фоУчитывая, что Цх(ТХ ) =По, =И а Уо(Т, )=П,=160, получаемБх-(д 31 Бо, при этом данное выражение справедливо при любом характере переходного процесса при условии, что П и Ьо(с) изменяются синхронно и по одному и тому же закону, Цикл преобразования завершается в момент времени Т формированием кода преобразуемого напряжения, согласно выражению11 х 3)1 огде 11 о - код образцового напряжения.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 пороговых напряжений, два блока 2 и 3 из и элементов сравнения, два блока 4 и 5 из и формирователей импульсов, два элемента ИЛИ 6 и 7, три элемента Ц 8-10, триггер 11, два счетчика 12 и 13 импульсов, постоянное запоминающее устройство 14,шину 15 преобразуемого напряжения, шину 16 образцового напряжения. Источник 1 пороговых напряжений содержит резистивный делитель, соединенный с опорным напряжением, и вырабатывает 11 пороговых напряжений, подаваемых на соответствующие выходы источника соответственно 2-1-2- и и 3-1-3-п, и 4-1-4-л и 5-1-5- и ( и - количество разрядов устройства).Первые входы элементов 2-1,2-2, ,2-и сравнения блока 2 соединены с выходами 1,2.и источника 1 пороговых напряжений, а вторые входы объединены и подключены к шине 15 преобразуемого напряжения. Первые входы элементов 3-1,3-23" П сравнения блока 3 соединены с выходами 1,2 и источника 1 пороговых напряжений, а вторые входы объе 181143 Ь 1 О 15 2025304555 динены и подключены к шине 16 образцового напряжения. Выходы элементов 2-1,2 22- п сравнения блока 2 соединены соответственно через формирователи 4-1, 4-24-11импульсов блока 4 с соответствующими входами элемента ИЛИ 6, а выходы элементов 3-1,3-23- и сравнения блока 3 соединены соответственно через формирователи 5-1,5-2,,5- п импульсов блока 5 с соответствующими входами элемента ИЛИ 7.Выход элемента ИЛИ 6 соединен спервыми входами элементов И 8 и 9а выход элемента ИЛИ 7 соединен свторыми входами элементов И 8 и 10,Выход элемента И 8 соединен с нулевым входом триггера 11, нулевойвыход которого соединен с управляющим входом постоянного запоминающегоустройства 14. Единичный выход триггера 11 соединен с вторым входомэлемента И 9 и с первым входомэлемента И 10. Выходы элементов И 9 .и 10 соединены с входами соответственно счетчиков 12 и 13 импульсов, разрядные выходы которых соединены соответственно с первой ивторой группами разрядных входовпостоянного запоминающего устройства 14,Устройство для преобразованиянапряжения в код работает следующим образом,В исходном состоянии триггер 11установлен в единицу, счетчики12 и 13 импульсов установлены в ноль(установочные входы триггера и счетчиков не показаны). С выходов1,2 и источника 1 пороговых напряжений поступают соответствующиепороговые напряжения на первые входыодноименных элементов 2-1, 2-2,..,2-п, 3-1, ,3- и сравнения блоков 2и 3. Причем с первого выхода источника 1 поступает пороговое напряже-ние П, с второго - Бп и т.д. Значения пороговых напряжений ЦпП п,,Бпп расположены равномерно подиапазону нуль-Б о, и отстоят одноот другого на величину ЬБЖХ дц /п+1,С к-го выхода источника 1 поступаетпороговое напряжение с к-м порядковым номером, а значение этого напряжения Ц,ц, =КдП.Цикл преобразования начинаетсяв момент подключения к шине 15 ступени преобразуемого напряжения П,а к шине 16 - ступени образцовогонапряжения Пц, значение которого задается равным Пм Ступени напряжений Пх и Б подключаются одновременно. При этом, как следствие реакции на ступень напряжения входных реактивных параметров Н параллельно подключенных первыми входами к шинами 15 и 16 элементов сравнения блоков 2 и 3 соответственно, возникают переходные процессыБ и Бо(С), в течение времени которых напряжение изменяется от нуля до ПХ и 00 соответственно.Установившимися значениями переходных процессов Бх и Цо(Т) 15 являются значения П х и Б , Поскольку к шинам 15 и 16 подключено одинаковое число (11) однотипных элементов, суммарные входные параметры которых можно считать идентичными, то можно утверждать, что переходные процессы Пх(1) и Пимеют одинаковый характер и постоянную времени.25Таким образом, при одновременном подключении ступеней напряжений 11 х и П к шинам 15 и 16, соответственоно, возникают переходные процессы Пх (С) и Б , в течение времени которых преобразуемое и образцовое напряжения изменяются синхронно 1и по одному и тому же закону. Прн этом мгновенные значения Пх(1) и Б сравниваются с пороговыми напряжениями П, -Пн с помощью элемен тов сравнения блоков 2 и 3 соответственно. В моменты их равенства по перепадам напряжения, поступившим с выходов соответствующих элементов сравнения, формируются импульсы 40 одноименными формирователями блоков 4 и 5. Эти импульсы поступают на соответствующие входы элементов ИЛИ 6 и 7. При этом в течение времени переходных процессов на выходах 45 элементов ИЛИ 6 и 7 образуются импульсные последовательности. Причем временные положения относительно момента начала преобразования (момент подключения ступеней 0 Хи Б ) 50 импульсов последовательности на выходе элемента ИЛИ 6 (входная последовательность) соответствуют моментам равенства мгновенных значений Б 1(с) значениям пороговых напряжений, а 55 импульсов последовательности на выходе элемента ИЛИ 7 (образцовая последовательность) - моментам равенства мгновенных значений П(Т) значениям пороговых напряжений.Импульсы входной последовательности поступают на первые входы И 8 и 9, а импульсы образцовой последовательности - на вторые входы элементов И 8 и 10. Поскольку на другие входы элементов И 9 и 1 О подан разрешающий потенциал с единичного выхода триггера 11, то импульсы указанных последовательностей поступают через элементы И 9 и 10 на входы счетчиков 12 и 13, где они подсчитываются. Одновременно осуществляется сравнение временных положений импульсов входной и образцовой последовательностей элементом И 8. Когда на оба входа последнего поступают одновременно два импульса (фиг.1, момент времени 1 с), т.е. когда временное положение одного из иыпульсов входной последовательности равно временному положению одного из импульсов образцовой последовательности, то на выходе элемента И 8 появляется импульс (фиг,1 в), который устанавливает триггер 11 в нулевое состояние, тем самым запрещая дальнейшее прохождение импульсов, следующих за совпавшими, через элементы И 9 и 1 О на входы соответствующих счетчиков. При этом в счетчиках 12 и 13 записанычислаи 1 равные порядковым номерам совпавших импульсов соответственно во входной и образцовой последовательностях. Порядковые номера д и 3 совпавших импульсов соответствуют порядковым номерами 1 пороговых напряжений Ц и П., значения которых в момент времени с равны мгновенным значениям соответственно Ь(Т ) и По, Поскольку для момента С П/П =ПХ( с) 1 Р(о) Пь Юо 1 -/3 э то искомое значение 0 вычисляется по формуле Б = (3./1)П. По кодами 3 для каждого из таких совпадений осуществляется выборка из соответствующей ячейки памяти ПЗУ соответствующего резуль" тата преобразования.При совпадении пары импульсов разрешающий потенциал с нулевого выхода триггера 11 поступает на управяяюпщй вход постоянного запомиснающего устройства 14, в соответ9ствующих ячейках памяти которого хранятся коды, эквивалентные М результатам преобразования, т.е. (1/,1)И . При этом по кодам 1 и 1, поступающим с разрядных выходов счетчиков 12 и 13 на соответственно первую и вторую группы разрядных 1181143 18входов ПЗУ 14, осуществляется выборка соответствующего кода Мх. Таким образом, предлагаемое 5устройство осуществляет преобразование в течение времени переходногопроцесса Укй). Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 87 1 БНИИПИ Государственно по делам изобретен 13035, Москва, Ж, Раисное СССР ий д. 4/5