Аналого-цифровой преобразователь

(5)5 Н 03 6 ГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ укторско-технолоВинницкого пол еев, Л.В.Крупельа, В.Я.Стейскал. шко ические измер а школа, 198 оцессор 89, с,50 в измеис, 2.1(71) Специальное констргическое бюро "Модуль"итехничес кого института(56) Орнатский П.П, Автомания и приборы, Киев: Вирис.2.8 б.Мирский Г,Я. Микропррительных приборах, М 19 Изобретение относится к цифровой измерительно-вычислительной технике и может быть использовано для высокоточногопреобразования низкоуровневых аналоговых сигналов в цифровые.Целью изобретения является повышение точности преобразования.На фиг. 1 приведена функциональнаясхема аналого-цифрового преобразователя;на фиг. 2 - функциональная схема вычислительно-управляющего блока; на фиг, 3-5 -алгоритм работы преобразователя в режиме самоповерки; на фиг. 6- алгоритм работы преобразователя в режименепосредственного преобразования сигнала,Аналого-цифровой преобразователь(фиг, 1) содержит входную шину 1, термостатированный источник 2 опорного напряжения (ТИОН), шину 3 нулевого потенциала, .аналоговый коммутатор (АК) 4, усилитель 5,аналоговый коммутатор 6, преобразователь(57) Изобретение относится к цифровой иэмерительно-вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых низкоуровневых величин в циф роеые. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Это достигается тем, что в устройство, содержащее усилитель, преобразователь напряжение - код, цифроаналоговый преобразователь, вычислительно-управляющий блок, введены два аналоговых коммутатора, делитель напряжения, термостатированный источник опорного напряжения. 1 э.п,ф-лы, 6 ил. 7 напряжение - код, цифроаналоговый пре- а обраэователь (ЦАП) 8, делитель 9 напряжения(ДН), вычислительно-управляющий блок (ВУБ) 10, выходную шину(ВЪХ) 11, шины 12 а "Запуск" и 13 "Начальная установка", выхо- О ды 14-19 вычислител ь н о-уп равля ющего блока 10, входы 20 и 21 вычислительно-управляющего блока, выходы 22 вычислитель- но-управляюцего блока 10. ЫВычислительно-управляющий блок (фиг, 2) содержит центральный процессор 23, блок 24 постоянной памяти, блок 25 оперативной памяти, блок 26 дешифраторов, блок 27 вывода информации и блок 28 ввода информации.Особенностью устройства является исключение из результата преобразования аддитивной и мул ьтипликативной погрешностей, погрешности нелинейности и температурной погрешности усилителя 5.Для коррекции погрешности нелинейности, вддитивной и мультипликативной по 1674366грешностей применяется кусочна-линейная аппроксимация преобразовательной характеристики усилителя 5 по некоторому числу предварительно снятых точек, При этом для каждого 1-го участка преобразовательной характеристикиОвых = 4 + 51 Овх,1где 4 - смещение нулевого уровня на 1-м линейном участке прямой преобразовательной характеристики,31- чувствительность прямой преобра.зовательной характеристики на (-м участке;Овх - напряжение, подаваемое на вход усилителя 5;Овых - выходное напряжение усилителя 5, соответствующее входному напряжению,Устройство функционирует вдвух режимах: режиме самоповерки и режиме непос-, редственного преобразования.Режим самоповерки состоит из трех этапов.На первом этапе после запуска устройства вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал с выхода 14, коммутирующий выход цифроаналогового преобразователя 8 на первый вход преобразователя 7, На выходах 22 вычислительно-управляющий блок 10 послеровательно формирует. коды К 1, К 2К 1 ч, Каждому из этих сигналови ина входе корректирующего цифроаналогового преобразователя 8 соответствуют сигналы.А 1, А 2". А 1 ч на его выходе. В начале каждого цикла аналога-цифрового преобразования вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал с вь 1 хода 19, запускающий преобразователь 7. По окончании цикла преобразования преобразователь 7 выдает сигнал "Готов", поступающий на вход 20 вычислительно-управляющего блока 10. По этому сигналу код К с первых выходов преобраэователя 7 переписывается в блок 25 вычислительно-управляющего блока 10, после чего устройство переходит к следующему циклу преобразования,В результате е блоке 25 вычислительноуправляющего блока 10 формируется массив входных значвний (К 1) прямой преобразовательной характеристики усилителя 5. Далее еычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал 18, коммутирующий на вход усилителя 5 первый выход делителя 9, и сигнал с выхода 14, подключающий первый вход преобразователя 7 к выходу усилителя 5. Вычислительно-управляющий блок 10 на выходы 22 последовательно выдает сигналы К 1, К 2 " Кй, поступающие на1 Ивходы цифра-аналогавога преобразователя. Соответствующие им значения выходного сигнала А 1, А 2 Ам поступают через делитель 9 на вход устройства,Вычислительно-управляющий блок 10 в 5 начале каждого цикла преобразования выдает сигнал с выхода 19, запускающий преобразователь 7. Сигнал "Готов" на входе 20 вычислителъно-управляющего блока 10 свидетельствует об окончании цикла преобра эования.На первый вход усилителя 5 в каждомцикле преобразования поступает сигналА 1 =А 1 Кдн,15где Кдн - коэффициент деления делителя 9, причем Кдн:=1(Кус, Кус - коэффициент усиления.Сигнал с выхода усилителя 5 поступает 20 на вход преобразователя 7, на первых выходах которого формируется соответствующий кад К 1Результат работы устройства - формирование в блоке 25 вычислительно-управля-.25 ющего блока 10 массива входных значений(К 1 ) прямой преобразовательной характеристики усилителя 5.Вычислительно-управляющий блок 10вычисляет коэффициенты чувствительности 30 характеристики для каждого 1-га интервалалинейности прямой преобразовательной характеристики усилителя;Ь = (К 1+1- К 1 ) /(К 1+1-К 1) 35обратной преобразовательной характеристики.81 = 1/5140Смещение нулевого уровня на 1-м интервале линейности прямой преобразовательной характеристики усилителя вычисляется вычислительно-управляющим 45 блоком 10 по формулеЬ 1 -= К+1 - К 1+1 Я,обратной преобразовательной характеристики -Таким образом, результат работы устройства на первом этапе режима самапаверки - формирование в блоке 25 вычислительна-упраеляющега блока 10 таблицы коэффициентов ( Ь ), ( Ь ),В начале следующего этапа режима самоповерки вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал 14, коммутирующий выход усилителя 5 на первый вход преобразователя 7; и сигнал 17, подключающий шину нулевого потенциала на вход усилителя 5. На выходе 19 вычислительно-управляющего блока 10 формируется сигнал "Пуск", поступающий на второй вход преобразователя 7. Происходит кодирование нулевого потенциала, по окончании которого на втором выходе преобразователя 7 формируется сигнал Готов, Полученный код Кгево с выходной шины преобразователя 7 заносится в блок 25 вычислительно-управляю щего блока 10,Коррекция нелинейности усилителя 5 осуществляется следующим образом. Вычислительно-управляющий блок 10 определяет принадлежность значения Кгево одному из интервалов линейности обратной и реобразовательной характеристики путем последовательного сравнения величины Кгео с граничными значениями интервалов К 1, К 2 Кч, полученными на первом этапе режима самоповерки и хранящимися в блоке 25 вычислительно-управляющего блока 10. Из таблицы коэффициентов, сформированной на первом этапе режима самоповерки, извлекаются соответствующие определенному к-му рабочему интервалу обратной преобразовательной характеристики значения Ь и Як. Скорректированный выходной код вычисляется по формуле и заносится в блок 25 вычислительно-управляющего блока 10. 40Полученное на втором этапе режима самоповерки значение Кгеяо используется для коррекции аддитивной погрешности (погрешности нуля) преобразовательной характеристики усилителя 5, 45В начале третьего этапа режима само- поверки вычислительно-управляющий блок 10 выдает сигнал 14, коммутирующий на первый вход преобразователя 7 выход усилителя 5, и сигнал 16, коммутирующий вы ход термостатированного источника 3 на вход устройства, На выходе 12 вычислитель- но-управляющего блока 1 О формируется сигнал, запускающий преобразователь 7. По окончании кодирования выходного сиг нала термостатированного источника 2 на втором выходе преобразователя 7 формируется сигнал "Готов". Полученный код Ктион ., с первых выходов преобразователя 7 переписывается в блок 25 вычислительноуправляющего блока 10.Коррекция нелинейности усилителя 5 осуществляется по принципу, описанному выше. В результате коррекции нелинейности в блок 25 записывается значение КтионАддитивная погрешность преобразования корректируется вычитанием из кода Ктион, значения Кгейо: Полученное значение отличается от кода Кокк, соответствующего выходному напряжению термостатированного источника 2, вследствие температурного ухода параметров устройства, Значение Кокк измеряется на этапе изготовления устройства и заносится в блок 24 вычислительно-управляющего блока 10.Корректирующий масштабный коэффициент Км определяется из соотношения Для коррекции погрешности масштаба каждое значение массива коэффициентов ( 4 ) и ( 3 ) умножается на найденныйъкоэффициент Км.В режиме непосредственного преобразования (фиг. 6) входной аналоговый сигнал Овх поступает на входную шину 1. Вычисли- тельно-управляющий блок 10 выдает сигнал 15, коммутирующий входную шину 1 устройства на первый вход усилителя 5, и сигнал 15, коммутирующий выход усилителя 5 на первый вход преобразователя 7, запущенного сигналом 19 вычислительно-управляющего блока 1 О, По сигналу Готов" на втором выходе преобразователя 7 код Квых с первыхвыходов преобразователя 7 переписывается в блок 25 вычислительно-управляющего блока 1. Вычислительно-управляющий блок 10 выполняет коррекцию погрешностей нелинейности, аддитивной.и мультипликативной с учетом данных, полученных в режиме сэмоповерки, Определяется принадлежность значения Квх одному из интервалов линейности обратной преобразовательной характеристики путем последовательного сравнения величины Кцх со значениямиК 1,К 2,.КН, полученными на первом этапе режима самоповерки и хранящимися в блоке 25 вычислительно-управляющего блока 10, Из таблицы коэффициентов извлекаются соответствующие к-му рабочему интервалу обратной преобразовательной характери 1674366стики значения Й и Зк, скорректированныйвыходной код вычисляется по формулеКвых = Квых ЯК + Л- КЛЕВО .1и поступает на выходную шину 11 устройства, На этом работа в режиме непосредственного преобразования закончена.Формула изобретения1. Аналого-цифровой и реобразователь, содержащий усилитель, преобразователь напряжение - код. вычислительный управляющий блок, первые выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а вторые выходы являются выходной шиной, о тЛичающийся тем,что,сцелью повышения точности преобразования, в него введены делитель напряжения и последовательно соединенные термостатировгнный источник опорного напряжения, первый аналоговый коммутатор, а также второй аналоговый коммутатор, выход которого соединен с первым входом преобразователя напряжение - код, второй вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-управляющего блока, первые выходы преобразователя напряжение - код соединены с соответствующими первыми входами вычислительно-управляющего блока, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя напряжение - код, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы вычислительно-управляющего блока соединены соответственно с первым входом второго аналогового коммутатора и вторым, третьим, четвертым и пятым входами первого аналогового коммутатора, шестой вход которого соединен с первым выходом делителя напряжения, а седьмой и восьмой входы являются соответственно шиной нулевого потенциала и входной шиной, второй вход второго аналогового коммутатора соединен с вторым выходом делителя напряжения, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразовате 5 10 центрального процессора являются соответственно третьим и четвертым входами 20 блока, адресные выходы подключены к со 30 35 40 45 ля, второй вход является шиной нулевого потенциала, третий и четвертый входы вычислительно-управляющего блока являются соответственно шинами "Запуск" и "На чальная установка", первый вход усилителя соединен с выходом первого аналогового коммутатора, второй вход является шиной нулевого потенциала. а выход соединен с третьим входом второго аналогового коммутатора,2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что вычислительно-управляющий блок выполнен на центральном процессоре, блоке постоянной памяти, блоке оперативной памяти, блоке дешифраторов, блоке ввода информации и блоке вывода информации, входы "Готовность" и "Сброс" ответствующим адресным входам блока постоянной памяти, блока оперативной памяти, блока дешифрации, блоков ввода и вывода информации, информационные входы-выходы подключены к соответствующим информационным выходам блока постоянной памяти, информационным входам-выходам блока оперативной памяти, информационным входам блока вывода информации, выходам блока ввода информации, выход "Запись" подключен к выходу записи-считывания блока оперативной памяти, вход разрешения работы которого подключен к первому выходу блока дешифрации, второй, третий и четвертый выходы котороо соединены соответственно с входами разрешения работы блока постоянной памяти и блоков вывода и ввода информации, пятый выход является третьим выходом блока, первые и второй информационные входы блока ввода информации являются соответственно первыми и вторыми входами блока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестые и седьмые выходы блока вывода информации являются соответственно четвертым, восьмым, седьмым, шестым, пятым, первыми и вторыми выходами блока.1674366 Составитель А.Титовтор А.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая гарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро аказ 2935 Тираж 448 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,Москва,Ж, Раущская наб., 4/5