Аналого-цифровое делительное устройство

ТОР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ б 1) Дополнительное к авт. свид-ву -22) Заявлено 03.02.75 (21) 2102125/2 1) М К л 2 6 06 3 1/00 трисоединением заявки -сударственный комитет(23) Приори света Мнноа делам(45) Дата опубликования описания 07.12,7 б 3) УДК.681,334) Автор изобретении тЖ ад(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВ 2 Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано как в средствах вычислительной техники, так и в различных установках автоматики и систем управления в тех случаях, когда требуется повышенная точность выполнения операции деления аналогового напряжения на цифровой код и получение результатов деления в цифровом коде.Известно делительное устройство Ц со держащее цифро-аналоговый преобразователь, подключенный аналоговым входом к первому входу устройства, а цифровыми входами - к выходам счетчика, соединенного счетным входом с выходом элемента И, 15 первый "ход которого связан с выходом генератора импульсов, а второй вход - с выходом блока сравнения, подключенного первым входом к выходу цифро-аналогового преобразователя, а вторым входом - к второму вхо ду устройства.Известно также устройство 2, содержащее цифро-аналоговый преобразователь, соединенный аналоговым входом с выходом переключателя, подключенного к двум входам 25 устройства, а цифровыми входами - с выходом реверсивного счетчика, входы которого через элемент И подключены к выходу гене. ратора импульсов и выходу блока сравнения, соединенного входами соответственно с треть- З 0 им входом устройства, выходом цифро-аналогового преобразователя и входом выходного аналогового ключа, причем управляющие входы переключателя, аналогового ключа и логического элемента И связаны с выходамн блока коммутации.Эти устройства не обеспечивают высокой точности вычислений при изменении температуры окружающей среды.в широких пределах и, кроме того, при выполнении операции деления аналогового сигнала на цифровой код требуют введения дополнительного цифроаналогового преобразователя.Прототипом изобретения является устройство 131, содержащее переключатель, первый вход которого соединен с входом делимого, второй вход - с источником опорного напряжения, а выход - с входом интегратора, подключенного выходом к входу нуль-органа, выход которого соединен с первыми входами двух блоков коммутации, выход первого блока коммутации связан с управляющим входом переключателя, а первый выход второго блока коммутации - с первым входом логического элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора опорной частоты, а выходом - к входу счетчика, выход которого подсоединен к первому входу блока сравнения кодов, связанного вторым входом с выходом регистра.5 1 О 5 20 25зо 35 40 45 50 55 ьо 65 Такое устройство также це позволяет повысить точность вычислений прц изменении температуры окружающей среды в широких пределах и требует для ввода сигнала делителя в цифровой форме дополнительного ццфрэ-ацалогового преобразователя.Цель изобретения - повышение точностивычислений.Это доститается тем, что в аналого-цифровое делительцое устройство дополнительно введены блестки сравнения кодов, декадные делители частоты, счетчики, логические элементы И, компаратор, орацичитель напряжения и инвертор. Выход инвертора подключен к третьему входу переключателя, а вход - к входу делимого и первому входу компаратора, соединенного вторым входом с выходом интегратора, а выходом - с вторым входом первого блока коммутации, Выход интегратора подключен к ограничителю напряжения, а второй и третий выходы второго блока коммутации - к первым входам соответственно первого,и,второго дополнительных элементов И, связанных вторыми входами с выходом генератора опорной частоты. Выход основного блока сравнения кодов соединен с входом первого дополнительного счетчика и входом обнуления основного счетчика, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом второго блока коммутации, а вторым входом - с выходом второго дополнительного счетчика, вход которого через первый декадный делитель частоты связан с выходом первого дополнительного элемента И и входом третьего дополнительного счетчика, подключенного выходом к первым входам второго и третьего дополнительных блоков сравнения кодов. Второй вход второго дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с входом обнуления третьего дополцительного счетчика и входом четвертого дополнительного счетчика, подключен к выходу регистра и первому входу четвертого дополнительного блока сравнения кодов, а второй вход третьего дополнительного олока сравнения ,кодов, соединенного выходом с третьим входом второго блока коммутации, через последовательно соединенные пятый дополнительный счетчик и второй декадный делитель частоты - к выходу второго дополнительного элемента И и входу шестого допэлццтельцого счетчика, выходом соединенного с вторым входом четвертого дополнительного блоека сравнения кодов, выход которого,подключен к входу обнуления шестого дополнительного счетичка и входу седьмого дополнительного счетчика.Выходы первого, четвертого и седьмого дополнительных счетчиков соединены с выходом устройства, а вход регистра подключен к входу делителя.На фиг. 1 представлена функциональнаясхема аналого-,цифрового делительного устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы,поясняющие осуществление тсрмэкомпсцсации в устройстве,Аналого.цифровое делительцое устройство (см. фиг, 1) содержит переключатель 1, первый входчконтакт 2 переключателя, клемму 3 для подключения источника опорного напряжения (постоянного тока положительной полярности), второй, вход-контакт 4 переключателя, вход 5 делимого, компаратор б, инвертор 7, третий вход-контакт 8 переключателя, подвижный контакт 9 (управляющий вход) переключателя, интегратор 10, ограничитель 11 напряжения, клемму 12 для подключения источника напряжения смещения (постоянного тока отрицательной полярности), нуль-орган 13, первый 14 и второй 15 блоки коммутации, основной логиче"кий элемент И 16, перзый 17 и второй 18 дополнительные логические элементы И, генератор 19 опорной частоты, основные счетчик 20 и блок 21 сравнения кодов, регистр 22, клеммы 23 для параллельного ввода цифрового кода делителя, первые дсгдолнительные счетчик 24 и блок 25 сравнения кодов, второй дополнительный счетчик 26, первый декадный делитель 27 частоты, трегий дополнительный счетчик 28, второй 29 и третий 30 дополнительные блоки сравнения кодов, четвертые дополнительные счетчик 31 и блок 32 сравнения кодов, пятый дополнительный счетчик 33 второй декадный делитель 34 частоты, шестой 35 и седьмой 36 дополнительные счетчи:а 1, бок 37 цифровой индикации, клеммы 38 для вывода цифровых кодов результата (частцого), клемму 39 для вывода сигнала Конец цикла решения, клемму 40 для ввода импульса Пуск и:кнопочку 41 Сброс.Контакт 2 переключателя 1 соединен с клеммой 3 для подключения источника опорного напряжения, а контакт 4 - с входом 5 делимого, с первым входом компаратора 6 ц с входом инвертора 7, выход которого связан с третьим входом (контактом) 8 переключателя 1. Подвижный контакт (управляющий вход) 9 переключателя 1 подключен к входу интегратора 10, Выход интегратора 10 одновременно связан с вторым входом компаратора б,и с ограничителем 11 напряжения, состоящего цз полупроводникового диода и клеммы 12 для подключения источшгка напряжения смещения (постоянного тока отрицательной полярности), а также входом нуль- органа 13. Выход нуль-органа подключен первым входам блоков 14 и 15,коммутации, а выход компаратора 6 - к втэрсму входу блока 14, выход которого связан с подвижным контактом 9 переключателя 1. Первый выход блока 15 соединен с первым входом основного логического элемента И 16, а второй и третий выходы - с первыми входами дополнительных логических элементов И 17 и 18. Вторые входы логических элементов И 16, 17 и 18 подключены к выходу генератора 19 опорной частоты, выход с:цовного логического элемента И 16 - к входу ос 53394355 60 65 нового счетчика 20, а выход этого счетчика - к первому входу основного блока 21 сравнения кодов, соединенного вторым входом с выходом регистра 22, к входу которого доключены клеммы 23 для параллельного 5 ввода цифрового кода делителя. Выход основного блока 21 сравнения кодов соединен с входом дополнительного счетчика 24 и выходом обнуления основного счетчика 20, выход которого подключен к первому входу допол нительного блока 25 сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом блока 15 коммутации, а вторым входом - с выходом дополнительного счетчика 26. Вход счетчика 26 через декадный делитель 27 частоты свя зан с выходом дополнительного логического элемента И 17 и входом дополнительного счетчика 28, а выход счетчика 28 - с первыми входами дополнительных блоков 29 и 30 сравнения кодов.20Второй вход дополнительного блока 29 сравнения кодов, соединенного выходом с входом обнуления дополнительного счетчика 28 и входом дополнительного счетчика 31, подключен к выходу регистра 22 и первому 25 входу дополнительного блока 32 срав,ения кодов, а второй вход дополнительного блока 30 сравнения кодов, соединенного выходом с третьим входом блока,15 коммутации, через последовательно соединенные дополнитель- З 0 ный счетчик 33 и декадный делитель 34 частоты - к выходу дополнительного логического элемента И 18 и входу дополнительного счетчика 35. Выход счетчика 35 связан с вторым входом блока 32 сравнения кодов, З 5 выход которого подключен к входу обнуления счетчика 35 и входу счетчика 36, а выоды счетчиков 24, 31 и 36 - с блоком 37 цифровой индикации и клеммами 38 для вывода цифровых .кодов результатов (частных). Вы ход блока 30 сравнения кодов подсоединен к клемме 39 для вывода сигнала Конец цикла решения, Клемма 40 ввода импульса Пуск подсоединена к третьему входу блока 14 коммутации и к шинам обнуления счетчи ков 20, 24, 26, 28, 31, 33, 35, 36, а кнопка 41 подключена к входам блоков 14 и 15 коммутации.Аналого-цифровое делительное устройство работает следующим образом, 50 После включения источников питания и однократного нажатия на кнопку Сброс схгма устроиства приходит в исходное состояние, при котором подвижный контакт 9 переключателя 1 находится в соприкосновении с контактом 2 и опорное напряжение + У, подается на вход интегратора 10. На выходе интегратора с помощью ограничителя 11 напряжения поддерживается уровень отрицательного напряжения - У Данное напряжение действует на вход компаратора б и на вход нуль-органа 13, на выходах которых поддерживаются нулевые уровни напряжения.Цикл деления начинается после прихода через клемму 40 импульса Пуск под действием которого счетчики сбрасываются в нулевое состояние, а блок 14 коммутации переключает подвижный контакт 9 с контакта 2 на контакт 4, в результате чего на вход интегратора 10 с Входа э делимого постхпает аналоговый сигнал дглцмэго отрицательной полярности - ЕУ, На выходе интегратора напряжение начинает увслцчиваться. В момент пгргсгчения нулевой осц интегрирующим напряж.нигм на выходе нуль-органа 13 образуется импульс, которыЙ зоздеЙстВугт на Входы блоков 14 и 15, На выходе блока 14 под действием данного цмпульа сцг:ал не образуется, а на первом выходе блока 15 появляется сигнал, который воздействует на первый Вход элемента 11 16 ц отпирает его. С Выхода генератора 19 Опорноп частоты чеОгз элгмент И 16 и зход Счет в счетчик 20 проходят импульсы, После очередного сравнсгия записанного числа В счетчике 20 с цфровым кодом, записанным в рггпстрг 22, на Выходе бока 21 сраВнгния кодов Образуот 51 импульсы, котэрыс с ОднОЙ ст 01 оны подаются на шину обнуления счетчика 20 и сбрасывают ггэ, а с другой стороны - на счгтный вход счетчика 24, где они накапливаются.Напряжение положите.ьной полярности на выходе интегратора 10 линейно нарастает дэ урОВня 5 зпряжгния ОтрццатсльнОЙ полярности сигнала дслпОО - С, которыЙ сраВ- нвастся а входе копаратора 6 с напряженигм с вьхэда цнтсгратора 10. В момент равенства - Г,. = + Гна выходе компаратора 6 образуется импульс, который подастся на Вход О,1 Ока 14 коммтаниц, На выходе его вырабатывается сигнал, Воздг;СтВуощиЙ на подзпж;ый Онта 1 т 9 пергкл 10 атгля 1, который переключается с второго Входа Щ на третий вход (8). С зыхода инвгртора 7 напряжснпг делимого положит.льлой полярности +Е/,. подастся на вход и:тс: ратэра 10. В результате напразлснцс процесса интегрирования мг:яется на противоположное. В момент пересечения выходным напряжснигм интегратора 10:улгвой осц на выходе нуль-органа 13 снова появляется импульс, котэрый, воздействуя на вход блока 14 коммутации, пгРгклочагт подВижный контакт 9 переключателя 1 с третьего входа (8) на первый (2), а воздействуя на вход блока 15 коммутации, запирает элемент И 16. На втором выходе блэка 15 появляется сигнал, который отпирает элемент И 17, и импуль ы с выхода генератора 19 опорной частоты начинают поступать на счетные входы декадного делителя 27 частоты и счетчика 28. Частота импульсов, деленная,на десять, с выхода делителя 27 подается по счетному входу в счетчик 26, выходной код которого в блоке 25 сравнивается с кодом, записанным в счетчике 20, являющимся первым остатком деления.50 55 60 65 Аналого-цифровое делительное устройство выполняет операцию деления аналогового сигнала Г,. на цифровой код Г, согласно выражению: У,.где У,. = -- ци ф; озой код, пр оно р цпо- Я нальный аналоговому сигналу делимого У,.; коэффициент пропорциональности. Таким образом, устройство проводит преобразование аналогового сигнала, делимого - Гв сдределепное количество импульсов Р котс ые последовательно залисываюгся в счетчик 20 и с помощью сравнения в блоке 21 с цифровым кодом делителя Рделятс 51 на него. Частное от деления накапливается в счетчике 24, а в конце первого этапа деления в счетчике 20 может записатьс 51 первый Остаток от деления.Для дальнейшего ведения процесса деления неооходимо первый остаток увеличить в десять раз и снова разделить на 1 Грассмотренным способом. Для этого в ко.ще первого этапа заппрается элемент И 16 и отпирается элемент И 17 и с помощью декадного делителя 27 частоты и счетчика 26 отсчитывается количество импульсов, равное первому остатку, увеличенному в десять раз. Это количество импульсов снова делится на Ус помощью счетчика 28 блока 29 сравнения кодов, а импульсь 1 десятой части частного 1 У,- накапливаются В счетчике 31.В конце второго этапа деления на вь 5 ходе блока 26 сравнения кодов образуется импульс, который воздействует на второй вход блока 16 коммутации, в результате чего запирается элемент И 17 и отпирается элемент И 18. В счетчике 28 в конце второго этапа процесса деления записывается второй остаток деления.Сотая часть частного от деления 55", формируется аналогичным образом на основе использования декадного делителя 34 частоты, счетчика 33, блока 30 сравнения кодов, счетчика 36 и блока 32 сравнения кодов. Результаты деления второго остатка па цифровой код делителя записываются в счетчике 36.После отсчета количества импульсов, равного второму остатку, увеличенному в десять раз, па выходе блока 30 сравнения кодов образует я импульс Конец цикла решения, который, воздействуя на третий вход олока 15 коммутации, приводит его в исходное состояние, при этом прекращается подача импульсов с генератора опорной частоты в счетчики.Результат деления записан в счетчиках 24, 31, 36, в счетчике 24 - целая часть частного,5 1 О 15 90 25 30 35 40 в счетчике 31 - десятая часть частного, а в счсгчикс 36 - сотая часть частного,Погрешность деления в основном обуславливается аналоговой частью устройства. Как известно, к колебанию температуры окружающей среды наиболее чувствителен интегратор О, от изменения параметров которого существенно меняются результаты преобразования аналг,"ового сигнала делимого - гу,. в пи 1 розОИ д УПрп изменении тем 5 ературы окружающей сроды на входе интегратора 10 появляется до. полительлыЙ ток положительной или отрицательной долярлости (сдвиг нуля инте: рирующего усилителя), который либо Складывается, лиоо вычитается из тока преобразуе. мо; о аналогового:пгнала делимого. В рсзуль. тате:получаем погрешность в интегрировалпи и следовательно, в преобразовании аналогового сипнала делимого в цифровой код.Термокомпенсация аналоговой части чстройства осуществляется следующим образом.Рассмотрпм пдеальнь;й случай, когда отсутствует входное дополнительное напряжение ЛУ, сдвига нчля интегратора 10. На первой и второй диаграммах фиг. 2, а изображены графики напряжения аналогового сигнала делимого на входе - У,. и выходе +/,. Инвертора 7.На третьей диаграмме фиг. 2, а показана кривая изменения напчяжс 55 ия на выходе интегратора 10. Пусть - У,. = Сопз 5, тогда па выходе интегратора напр 51 жснис начинает линейно нарастать и в момент времени 1 пересечения нулевой Оси па выходе пуль-Озгана 13 появля т я К.5 пульс, под дсйствием кОтО- рого через блок 16 коммутации элем нт И 16 отпирается и начинается цикл прсобоазования аналогового сигнала в цифровой код. В момент 1, равенства напряжени 51 положительной полярности ла входе интегратора с напряжением делимого отрицательной полярности - У,. изменяется направление интегри.рования на противоположное. При обратном пересечении выходным напряжением интегратора нулевой оси (момент времени 1,) на выходе нуль-органа 13 слова появляется импульс, под действием которого прекращается подача импульсов в счетчик 20, и цикл преобразования аналогового сигнала делимого в цифровой код заканчивается (см, четвертуюдиаграмму на сЬиг, 2, а).Рассмотрим реальный случай, когда при изменении температурь 1 ОкружающеЙ среды на входе интегратора появилось дополнительное напряжение сдвига нуля положительной полярности +АУ,. Данное напряжение на входе интегратора вычитается из отрицательного напряжения делимого - У, и складывается с положительным напряжением + С,. (см. первую и вторую временные диаграмгмы па фиг. 2, б). В результате момент времен сравнения напряжения сигнала делимого с напряжением интегратора на входе компаратора 6 при прямом ходе процесса интегриро.вания сдвигается на некоторый интервал времени М,=1., - /, (см. третью временную диаграмму на фиг. 2, б), а при обратном ходе - на ту же величину Л 12, но в обратном направлении. Это объясняется тем, что при прямом ходе на Входе интегратора действовало результирующее напряжение - У, = - Ух+АУ,.а на обратном ходе напряжение+ (/с х+/дТаким образом, если в идеальном случае от момента 11 до момента 1 иот момента 1 до момента 1, (см. четвертую диаграмму на фиг. 2, а) в счетчик 20 поступают равные количества импульсов:15У = М + Ж" = 8+8=16,Х, Х хто,в реальном случае от момента времени 11 до момента времени 1, имеем одиннадцать импульсов, а от момента 1, до момента 1, - пять импульсов (см, четвертую диаграмму на фиг. 2, б)25У = У + Ж" = 11+5=16,хх ХрОднако в обоих случаях получаем равное количество импульсов преобразования аналогового сигнала делимого - Ув цифровой 30 код К(см. четвертые временные диаграммы на фиг, 2, а, б) независимо от наличия или отсутствия напряжения смещения нуля интегратора О.35Формула изобретенияАналого-цифровое делительное устройство, содержащее переключатель, первый вход которого соединен с входом делимого, второй 40 вход подключен к источнику опорного чапряжения, а выход соединен с входом интегратора, подключенного выходом к входу нуль- органа, выход которого соединен с первыми входами двух блоков коммутации, выход пер вого блока коммутации связан с управляющим входом переключателя, а первый выход второго блока коммутации соединен с первым входом логического элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора 50 опорной частоты, а выходом - к входу счетчика, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кодов, соединенного вторым входом с выходом регистра, о тл и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 55 точности вычислений, в устройство дополнительно введены блоки сравнения кодов, декадные делители частоты, счетчики, логические элементы И, компаратор, ограничитель напряжения и инвертор, выход которого соединен с третьим входом переключателя, а вход подключен к входу делимого и первому входу компаратора, соединенного вторым входом с выходом интегратора, а выходом - с вторым входом первого блока коммутации, причем выход интегратора подключен к ограничителю напряжения, а второй и третий выходы второго блока коммутации соединены с первыми входами соответственно первого и второго дополнительных элементов И, подключенных вторыми входами к выходу генератора опорной частоты, выход основного блока сравнения кодов соединен с входом первого дополнительного счетчика и входом Обнуления основного счетчпка, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом второго блока коммутации, а вторым входом - с выходом второго дополнительного счетчика, вход которого через первый декадный делитель частоты соединен с выходом первого дополнительного элемента И и входом третьего дополнительного счетчика, подключенного выходом к первым входам второго и третьего дополнительных блоков сравнения кодов, причем второй вход второго дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с входом обнуления третьего дополнительного счетчика и входом четвертого дополнительного счетчика, подключен к выходу регистра и первому Входу четвертого дополнительного блока сразнен 11 я кодОВ, а Втопой вход третьего дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с третьим входом второго блока коммутации, подключен через последовательно соединенные пятый дополнительный счетчик и второй декадный делитель частоты к выходу второго дополнительчого элемента И и входу шестого дополнительного счетчика, выходом соединенного с вторым входом четвертого дополнительного блока сравнения кодов, выход которого подключен к входу обнуления шестого дополнительного счетчика и входу седьмого дополнительного счетчика, причем выходы первого, четвертого и седьмого дополнительных счетчиков соединены с выходом устройства, а вход регистра подключен к входу делителя,Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе.1. Авт. с.368615, кл, 6 06 6 7/16, 1971.2. Авт. с. М 435530, кл. б 06 6 7/16, 1973.3. Авт. с.415679, кл, б 06 Л 3/00, 1972.533943 ф/, Як 6 а), Бк Р =ы 7. ЯЬ Составител Техред 3 узо едактор Изд,1726 Т ударственного комитета Совет по делам изобретений и отк Москва, Ж, Раушская наб, раж 864а Министровытийд. 4/5 ПодписноСР и. Харьк. пред, сПатент Юх "СОП 5ад =б аказ 959/1465ЦНИИПИ с = тп. 2 С. Казимо ТараненкоЮ ректор И, Симкин