Аналого-цифровой преобразователь с частотным преобразованием

Л 7 сной вате пром 2 з. ы,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ И АВТОРСКОМУ СВИСТЕЛ 11507693933503/24-2426.07.8523.01.87. Бюл. У 3Всесоюзный научно-исследовакий институт электромеханики П. М. Аникии и Л. М. Лукьянов 681.325(088.8)Прянишников В. А, Интегрирующие вые вольтметры постоянного то- Л. Энергия, 1976, с. 169. торское свидетельство СССР 0769, кл. Н 03 М 1/60. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАС ЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ Изобретение относится к импультехнике,в частности к преобразо ям напряжения в цифровой код с жуточным преобразованием напряв частоту импульсов, и может;ВО, 12 Щ быть использовано в прецизионных устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами. В устройство, содержащее преобразователь 8 напряжения в частоту импульсов с входным переключателем 7, вычитатель 17 с входным аналоговым ключом 16, три счетчика 3, 19, 6, два триггера 4, 5, элементы 12-15 И и ИЛИ 11, одновибратор 2 и генератор 10 эталоной частоты, с целью повышения точности преобразователя за счет уменьшения влияния на результат преобразования помех от промьппленной сети при изменении ее частоты, введены блоки 23, 24 синхронизации и коррекции, нуль-орган 22, формирователь 25 импульсов и элемент 26 ИЛИ.5600 2 5 10 15 20 О 15 50 5528Изобретение относится .к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой кодс промежуточным преобразованием вчастоту импульсов, и является усовершенствованием устройства поавт. св, Ф 1150769,Цель изобретения - повьппение точности.На Фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - блок-схемаблока синхронизации; на фиг, 3блок-схема блока коррекции; нафиг, 4 - временная диаграмма работыустройства.АЦП содержит шину 1 запуска егов работу, одновибратор 2 гашения,первый счетчик 3, триггер 4 цикла,триггер 5 такта, реверсивный счетчик 6, аналоговый переключатель 7,преобразователь 8 напряжения в частоту импульсов (ПНЧ), входную шину9 преобразуемого сигнала, генератор10 эталонной частоты, первый элементИЛИ 11, элементы И 12-15, аналоговый2ключ 1 б, вычитатель 1, шину 18 опорного напряжения, второй счетчик 9,выходные шины 20 кода результата преобразования, входную шину 21 напряжения сети питания, нуль-орган 22, блок23 синхронизации, блок 24 коррекции,формирователь 25 импульсов, второйэлемент ИЛИ 26,Блок 23 синхронизации содержит вычитающий счетчик 27, выходной регистр28, одновибратор 29, элемент И 30,элемент ИЛИ 31, формирователь 32 импульсов,Блок 24.коррекции содержит первыйсчетчик 33, дешифратор 34, второйсчетчик 35, триггер 36, Формирователь37 импульсов, одновибратор 38, первый39 и второй 40 элементы И, элементы41, 4243 группы, первый 44 и второй 45 элементы ИЛИ.На временной диаграмме (Фиг, 4)обозначены: импульс 46 запуска устройства в работу, выходные импульсы47 нуль-органа 22, 48 - время работысчетчика 27 для определения и, импульсы 49 записи п в счетчик 19, сигналы 50, 51, 52 соответственно на выходе "1" триггера такта, на выходе"1" триггера цикла и на выходе "0"старшего разряда счетчика 19, сигналы 53 и .54 включенного состояния элементов И 12 и 14, импульс 55 переполнения счетчика 3, сигнал 56 включенного состояния. ключа 16, время 57подключения к ПНЧ Я опорного напряжения, сигнал 58 кода "0" в счетчикеб, сигналы 59 работы счетчика 35 присуммировании п импульсы 60 коррекциирезультата преобразования, сигнал 61на выходе "1" триггера 36,Устройство работает следующим образом,С помощью нуль-органа 22 иэ напряжения сети питания, снимаемого с шины21, в момент прохождения его черезнуль формируются импульсы 47, по которым в блоке 23 получают число п.Это осуществляется счетчиком 27, вкотором вычитаются импульсы от генератора 10 после сброса его в "0" импульсами 47. Поэтому к появлениюочередного импульса 47 в счетчике 271образуется число и = И -- Т Г, которое этим импульсом записывается врегистр 28, затем сигнал с выходаформирователя 32 устанавливает в счетчике 27 код "0" и вычитание жпульсовот генератора 10 продолжается в течение времени 48 очередного цикла дляполучения нового значения и, Емкостьсчетчика 27 существенно уменьшена посравнению с 1 , так как к концу каждого цикла в нем остается код и игребуется Р разрядов, число которыхсоответствует максимальному значениюи , составляющему несколько единицпроцента от И для рассматриваемогослучая изменения Тп. В блок 23 введена цепь из последовательно соединенных элементов И 30, одновибратора 29 и элемента ИЛИ 31, обеспечивающая исключение записи в регистр 28 недостоверного кода, когда имеет место вычитание и переходные процессы в счетчике 27 в моменты совпадения импульсов 47 и генератора 10. В этом случае момент записи кода с помощью одновибратора 29 сдвигается на время окончания этого переходного процесса.Полученный код п используется для уменьшения Т ,которое вьпюлняпр Фется дважды (импульсы 47) по импульсу 46 пуска и после окончания первой половины Т по отрицательному перепаду сигнала 52 с помощью формирователя 25, Отрицательные перепады этих импульсов осуществляют запись кода и в счетчик 19, в котором установленкод 0, Поэтому переключения старшего разряда этого счетчика (сигнал 52)1определяющие время - Т , происходит1 дважды через время (1( -и) - , и время преобразования 1( равно Т12(Я -и)-оС приходом импульса 46 одновибратор 2 сбрасывает в "0" счетчики 3, 6, 19 и 35, затем устанавливает в "1" триггер 5 и записывает код и в счетчики 3 и 19, Начинается первая половина Т, в течение которой сигнал 50 с выхода "1" триггера 5 подключает через переключатель 7 П к входу ПНЧ 8, Его выходные импульсы подсчитываются счетчиками 6 и 3, в последнем из которых они удваиваются, так как поступают через элемент И 12 (сигнал 53) на вход второго12 младшего разряда. За время - Т в счетчики 6 и 3 поступает число им 1пульсов Иц = 11 Б(Ю-и) - , В счеточике 6 записывается код 1(1 , а в счетчике 3 получается код Хн - (21)ц +и) = Х, + и. Последний из них используется для определения времени окончания первого такта Т, для чего со второй половины Тв счетчик 3 через элемент И 14 (сигнал 54) и элемент ИЛИ 11 поступают импульсы от генератора 1 О, которые35 увеличивают код Хн , и в момент переполнения счетчика 3 Т( заканчивается, За это время от ПНЧ 8 в счетчик 6 поступает число импульсов 1(1,1= 11 Б М -(Х, +и) - , которое сумгамируется с 1) и формирует код Б( = 1)( + (1(. Импульс 55 переполнения счетчика 3 устанавливает в "0" триггер 5 и в "1" триггер 4. С этого момента начинается второй такт преобразования. Длительность его равна: т,=т. -т, =Щ-и) - , -и, -1-(Х,+и)1 -- (1)1-и) - = Х, - ,В течение этого времени сигнал 51 с выхода "1" триггера 4 разрешает работу элементов И 15, 13 и блока 24. Выходной, сигнал 56 элемента И 15, 55 поступая на управляющий вход ключа 16, подключает 11 к вычитателю 17, на выходе которого образуется напряжение 2 П - , подключаемое к входуПНЧ 8 переключателем 7, так каксигнал 50 имеет нулевой уровень, Приэтом сигнал с выхода "0" триггера 5включает режим вычитания в счетчике,6 и импульсы от ПНЧ 8 в нем уменьшают 1)1( еЗа время Т в счетчик 6 поступает1число импульсов М = (2 -У ) БХь х Гои в нем остается разность: Ь Б = И, -+и) Б -- (2/ -13)БХ, - 2 К,(Б,-и) - П.Х, Б -аЗа это же время в счетчик 3 черезэлементы И 13 и ИЛИ 11 от генератора10 поступает число импульсов Хстолько же их поступает и в блок 24.Если к окончанию Т й )О, то выполняется третий такт Тэ преобразования, в котором снятие сигнала с выхода "1" старшего разряда счетчика 19запрещает работу элемента И 15, выключающего ключ 16. На выходе вычитателя устанавливается напряжение 2 Ц,"0" счетчика 6 вырабатывает сигнал58 окончания Т и преобразования, устанавливающий в "0" триггер 4, Завремя Тз в счетчик 6 от ПНЧ 8 поступает число импульсов ( = 2 У Б х1х Х - , в счетчик 3 от генераторао10 через элементы И 13 и ИПИ 11 поступает Х импульсов, которые образуют там код Х = Х 1 + Х, в блок 24поступает тоже Х импульсов,Из уравнения ь 11 = 1)1, - 1)1 = 1(1 эможно определить ксд в счетчике 3Х: 2 1(1)(о и)-130 ХД 82 П БХ - или 11 -и) = П(Х, +оП, 1)1 дЧисло импульсов Х поступает в блок 24, где формируется 1)1 импульсов, передаваемых через элемент ИЛИ 11 на вход счетчика 3, корректируяего код: Х= Хр + И.Разрешая работу блока 24 сигнал 51, открывающий элемент И 40 для прохождения импульсов Х, с выхода5элемента И 13. С приходом каждого из этих импульсов код счетчика 33 увеличивается на единицу и запуска,ется формирователь 37, выходной им" пульс которого проходит через элемент И 39, открытый сигналом Ьт элемента ИЛИ 45 при наличии кода, отличного от "0" в счетчике 33, и запускает одновибратор 38, Его выходной сигнал аналогично входному сигналу повторяет такт работы формирователя 37 и одновибратора 38, Количество этих тактов определяется емкостью счетчика 33, которая должна быть не менее (Р+1), и при коде "0" работа этих узлов прекращается до появления нового импульса Х.На выходе дешифратора 34 сформирована последовательность импульсов, поступающих на элементы И 41, 42 43, подсоединенные к счетным входам Р младших разрядов счетчика 35, В11 1 зависимо с ти от наличия сигналов 1 в разрядах входного кода с величиной п всчетчике 35 выполняется п ор а зрядно е суммирование ( сигнал 5 9 ) , , и его код будет увеличен на , п . По сле прихода всех импульсов Х в счетГ чике 35 должна быть получена величина Хг - и. Так как емкость счетчика 35 равна Б , то в результате возникает Ик импульсов его переполнения и в его разрядах может остаться код ш, т,е. Х п = И Б + ш,.При возйикновейии каждого импульса 60 переполнения он запоминаешься триггером 36, выходной сигнал 61 которого, проходя через элемент ИЛИ 45, разрешает запуск в работу одновибратора 38 при коде "0" в счетчике 33. Благодаря этому код счетчика 35 увеличивается на п И ,.Максимальная величина И к, соответствующая Х= Б , равна и, поэтому максимальное увеличение кода равно и и от него может возникнуть Бк импульсов переполнения счетчика 35 только в случае, если птИ . В рассматриваемом устройстве, как показановыше, изменениесоставляет 4% и ис 4%Б, поэтому И,= 2,5 х% х 10 , и только при И,2500 может возникать переполнение И . Учитывая, что в счетчике 35 остается код ш при суммировании с ним п,И, может быть получена величина ш, + пЯк= Бо Бк + ш В этом случае будет выполнено дополнительное суммирование с. получением величины:иБ+ ш = Б Бк + шДля условия Хр = И, т.е. даже примаксимальном зна 11 ении результата пре-.образования величина (и И + шэ), которая остается в счетчике 35, не превышает Б и дальнейшее математическое описание работы этого счетчика 10 не требуется.Число выходных импульсов 60 блока24 И равно; Ик = Б + И + И15 Из приведенных выражений можно представить: шБ =Х --- ,И =ИК 1 Р И И ф к 2 кО о И Ш,Ш 1 Б = И- + -к к Б Б Б оПодставляя эти величины в Б, получим: 30 Импульсы И поступают в счетчик 3,где суммируются с накопленным там кодом Х, и получается окончательный результат преобразования: Хк = Хо + +Х И - ИК=Х (1 - п )(1+ +Б ) -И =Х-Х - -Б,к к И кыо В этом выражении, для рассматриваемого случая соотношения и .и Б , втоО рой член пренебрежимо мал, а Б кпредставляет собой дробную часть, которая осталась в счетчике 35 и представляет собой величину, меньшуюединицы, т.е, Х= Х + Х, где Х 1,45 Результат Хк,получается в процессевыполнения второго Т и, если это необходимо при АИ Ф О, третьего Ттактов работы устройства. Никакихдополнительных затрат времени на вы 50 полнение коррекции ХР не требуется,Предлагаемое устройство позволяетповысить точность за счег уменьшенияпогрешности, возникающей при изменении частоты помехи,55Фо.рмула из обретения 1 Аналого-цифровой преобразователь с частотным преобразованием поавт, св, 9 1150769, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнитель" но введены нуль-орган, вход которого соединен с шиной напряжения питания, блоки синхронизации и коррекции, формирователь импульсов, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом записи второго счетчика,. первый вход соединен с выходом формировате ля импульсов, вход которого соединен с нулевым выходом старшего разряда второго счетчика, входы младших разрядов которого объединены с одноименными входами первого счетчика и информационными входами блока коррекции и соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, вход сброса блока коррекции объединен с входом записи первого счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ и подключен к выходу одновибратора гашения, вход разрешения работы блока коррекции соединен с выходом триггера цикла, счетный вход - соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ, счетный вход блока синхронизации соединен с выходом генератора эталонной час- З 0 тоты, а тактовый вход соединен с выходом нуль-органа.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок синхронизации выполнен на вычитающем 35 счетчике, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам регистра, выходы которого являются выходами блока синхронизации, а вход записи объединен с входом формирова теля импульсов и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, второй. вход объединен с первым вхо, дом элемента И и является тактовым 4 входом блока синхронизации, счетным входом которого является второй входэлемента И, объединенный с счетнымвходом вычитающего счетчика, входсброса которого соединен с выходомформирователя импульсов, выход элемента И соединен с входом одновибратора. 3. Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок коррекции содержит первый счетчик, счетный вход которого объединен с входом формирователя импульсов и соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а второй вход соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с единичным выходом триггера, а остальные входы объединены с входами дешифратора и соединены соответственно с единичными выходами разрядов первого счетчика, второй .вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первый и второй входы которого являются соответственно счетным входом и входом .разрешения работы блока коррекции, выходы дешифратора с первого по Р-й, где Р - число информационных входов блока коррекции, подключенных.к первым входам элементов И группы, подключены соответственно к вторым входам элементов И группы, выходы которых подключены к входам соответствующих разрядов второго счетчика, вход сброса которого является одноименйым входом блока коррекции, 1 Р+1-й выход дешифратора подключен к нулевому входу триггера, единичный вход которого подключен к выходу переполнения второго счетчика и является выходом блока коррекции.1285600 и едакто Тупица Заказ 7535/57 жгород, ул. Проек роизводственно-полиграфич ое предприятие Я 53 Ю оставитель Ю, Спиридоновехред Л.Олейник Корректор А, Обручар Тираж 899 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5