Аналого-цифровой преобразователь

(51)М. Кл, Н 03 К 13/20 Ьоудзрствеай коиитвт СССР ао двиаи изооретеиий и открытий(53) УД К 68 1. .325(088.8) Дата опубликования описания 18.04.82 фА. А. Першин, Г, Г, Безыменко, А, Т. КаА. В. Мисюрин и ф. С, Карманова(72) Авторы изобретени Карагандинский филиал особогоВсесоюзного научно-исследоватавтоматизации черной метагщургии конструктор ельского ин явитель 4) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ пульс нойвано в устразователей ми устройанных си.Изобретение относится к им технике и может быть использо ройствах связи первичных преоб физических параметров с цифров ствами обработки автоматизиров стем управления.И звестен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к. первому вхоцу компаратора, второй вхоц которого через ключ подключен к первому и второму входам устройства, выход компаратора подключен к первому вхоцу первого вентиля, второй вхоц которого подключен к выходу генератора импульсов, а третий вход поцкаочен к выходу команцно. го устройства, имеющего механическую связь с генаратором пилообразного нап-, ряжения, выход первого вентиля подключен к счетному входу счетчика импульсов, вход установки исходного состояния которого подкаочен ко второму выходу команцного устройства, выходы разрядов счетчика им 2пульсов являются выходами устройства,выход старшего разряца счетчика импульсов подключен к первому входу второговентиля, второй вход которого подключен 5к третьему выходу команцного устройства,выход второго вентиля подключен ко вхоцуусилителя автоподстройки, выход которогоподключен ко входу генератора пилообразного напряжения и третьему входу устройства, четвертый выход команцного устрой/ства подключен ко входу триггера переключения режима работы, выход которогоимеет механическую связь с ключом Ц.Недоста"тком устройства является сложность создания генератора пилообразногонапряжения, обладающего высокой линейностью характеристики.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которогоподключен к первым входам первого, вто-рого и третьего блоков сравнения напряжений, вторые входы которых поцкаочепысоответственно к первому, второму и тре79 3 921 О тьему вхоаам устройства, выход первого блока сравнения напряжений через. первый формирователь импульсов поцключен ко вхоцу запись регистра памяти, выхоц второго блока сравнения напряжения через второй формирователь импульсов поцклгочен к первому вхоцу триггера и входу "сброс счетчика импульсов, выход тре тьего блока сравнения напряжений через третий формирователь импульсов подклю о чен ко второму входу триггера и входу устройства сравнения, выход триггера подключен к первому вхоцу элемента И, второй вхоц которого подключен к выходу генератора изменяющейся частоты, первый вход которого является четвертым входом устройства, а второй вход поцключен к выходу устройства сравнения, выход элемента И подключен к счетному входусчетчика импульсов, группа выходов которого подключена к группе входов устройства сравнения и группе входов регистра памяти, группа выхоаов которого является группой выходов устройства 21первому выходу второгс клоча и погиойобклацке конпа 1 сетора, вторая обкладкакоторого, а также второй вмхоа второго ключа и второй вывод понтециометрасоеаинен с общей шиной устройства, второй вход триггера подключен к первымвходам первого и второго дополнительныхтриггеров, к выхопу первого дополнительного формирователя импульсов и выходу"сброс суммирующего счетчика импульсов, выход которого подключен ко второму входу второго дополнительного григгера, первые выходы триггера и второгодополнительного триггера подключены соответственно к первому и второму входампервого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИНЕ, вторые выходы триггера и второгодополнительного триггера подключены соответственно к первому и второму вхоцамвторого элемента И и первым входам третьего и четвертого элементов И, выхоцвторого элемента И подключен ко второму входу элемента ИЛИ-НЕ, выход кото 25Недостатком устройства является низкая точность преобразования и ограниченные функциональные возможности.Цель изобре тения - повышение точности преобразования и расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий ава блока сравнения напряжений, первые вхоаы которых обьецине 35 ны, выход первого блока сравнения напряжений через первый формирователь импульсов подключен ко входу запись регистра памяти, выход второго блока сравнения напряжения через второй форми 40 рователь импульсов подключен к первому входу триггера, суммирующий счетчик импульсов, разрядные выходы которого подключены к соответствующим вхоцам реестра памяти, введены четыре счетчи 45 ка импульсов,блок вычитания частот, цва дополнительных триггера, ава ключа, конденсатор, резистор, три элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, ждущий мультивибратор, цва дополнительных формирователя импу льсов, потенциомегр, причем первый выхоц первого ключа через резистор поцключен к первому выводу потенциометра, подвижный контакт которого подключен ко второму входу второго блока сравнения 55 напряжений, первые входы первого и второго блоков сравнения напряжений подключены ко второму выходу первого ключа,рого подключен ко входу второго цополнительного формирователя импульсов и ковторым входам третьего и четвертогоэлементов И, третьи входы которых обьецинены, а выходы поаключены соответственно к суммирующему и .вычитающемувходам первого счетчика импульсов, выход, второго дополнительного формирователя импульсов подключен ко второмувходу первого дополнительного триггераи вхоцу ждущего мультивибратора, выхоцкоторого подключен ко входу первого цополнительного формирователя импульсов,первый и второй выходы первого аополнительного триггера подключены соответственно ко входам первого и второгоключей, разрядные выхоцы первого счетчика импульсов подключены к соответствующим входам второго счетчика импульсов, а выход подключен к первому вхоцублока вычитания частот и счетному входутретьего счетчика импульсов, выход которого подключен к счетному входу четчертого счетчика импульсов, группа вхоаов которого подключена к разряаным выходам суммирующего счетчика импульсов,а выхоц подключен к второму входу блока вычитания частот, выход которогопоцключен к счетному входу суммирующего счетчика импульсов. Структурная электрическая схеча устройства приведена на чертеже.Устройство содержит счет шки 1-5 импульсов, регистр 6 памяти, Глок 7 ы5питания частот, триггеры 8, 9 и 10 с раэаельным запуском, ключи 11 и 12, блоки 13 и 14 сравнения напряжений, кснаенсатор 15, эхмент 16-19 И, элемент 20 ИЛИ-НЕ, ждущий мультивиб ратор 21, формирователи 22-25 импу- льсов, потенцнометр 26, резистор 27.Аналоговый сигнал ЦЬ поступает на первый вход блока 13. На счетный вхоц счетчика 1 поступает посадова тельность имцульсов эталонной частотыга . На оцин из вхоаов элементов И 18 и 19 поступает последовательность импульсов частоты 1 оПринцип преобразования напряжения в код заключается в том, что устройство содержит авафункциональных генератора сигнала экспоненциальной формы: аналоговый, состоящий из конценсатора 15, регистра 27, ключей 11 и 12 и цифровой,2 й состоящий иэ блока 7, счетчиков 2, 4 и 5, Счетчики 1, 4 и 5 являются делителями частоты переменным коэффициентом деления, счетчик 2 работает на сложение, счетчик 3 является реверсивным, Входной аналоговый сигнал 06 сравнивается с напряжением экспоненцнальной формы. В момент их равенства считывается мгновенное значение выходного кона, цифрового генератора, пропорциональное значение входного, аналогового сигнала.Устройство работает следующим образом.Начало цикла преобразования опреде-ляет сигнал с выхода формирователя 25, которыЯ, поступая на первые вхоцы триь 3 геров 8-10, устанавливает их в исходное состояние и осуществляет сброс счетчика 2. Единичные сигналы с первых выхоцов триггеров. 9 и 10, через элементы 16 И, 20 ИЛИ НЕ поступают на вто 4 рые входы элементов 18, 19 И, запрещая прохождение частоты,о через них на входы счетчика 3, Единичный сигнал с Г: первоговыхода триггера 8 замыкает ключ 11, подключающийксюденсатор 15 к источнику напряжения 0. Одновремен . до начинается заряд конаенсатбра 15 чеоез резистор 27 и набор информаций в счетчике 2, начиная с нулевого значения.Во время заряда конденсатора напряжение на нем изменяется по закону 921079 При ОЬк = Ц срабатывает блок 13 исищал с его выхода через формирователь г 5 22 цроизводит запись Кода из счетчика 2,в реестр 6.В устройстве осуществляется отслеживанне эа изменением Та, в установившемсярежиме, которое может возникнуть иэ-эа Зй нестабильности элементов устройства, подвоздействием раэличньгх дестаб илизирующих факторов.Конденсатор 15 подключен к первымвходам блоков 13 и 14, на вторые входыкоторых подаются соответственно входноепреобразуемое напряжение Обх и пороговоенапряжение Опор с потенциометра 26, Величина О пор о,преаеляется из выражения(1) при 1 =Тцф ОооР =ОО ) 06 ЪОо, (7)При достижении напряжения на концен;саторе 15 величины Оларблока 14,сигвнал с его выхода через формирователь 23поступает на второй вход триггера 9.На счетный вход счетчика 2 поступаетпоследовательность импульсов с вцкоааблока 7, на выходы которого поступаютчастоты 1 с выхода счетчика.1 ис выхода счетчика 5.Код Й в счетчике 2 в начале циклапреобразоввния растет с оцредежниой .скоростью, зависящей от частоты 1Но мере роста кода М эа счет цепиобратнрй связи, включающей счетчики4 и 5, растет частота 1 на входе блока 7 и уменьшается частота на входесчетчика 2: Гу - Ф . При этом скоростьроста, кода И падает. Ц: ( а)гае- текущее время;Т - постоянная времени аналогового генератора (заряда ковъенсатора 15); 6- основание натурального логарифма..Выхоаной коц счетчика 2 изменяется по законуй =До(-тц), (2) где Мо - коа, к которому стремитсяцифровая экспонента;=о (-)ц.1,0. (4) Отсюда при Та-Т, (5) получаем линейную зависимость кода в счетчике 2 от изменения напряжения на конденсаторе 15 фи, ое( 16) 50 7 92 10Таким образом, поцччается зкспоненциальная характеристика цифрового генераторау 0 (8)5 где- коц на уппе выходов счетчика 3, подключенных к группевходов счетчика 1 ф01 оасло разрядов счетчика 1,Ьй 1 О2.- о ор 1 (9) гпе й - код на группе вь 1 хоцов счетчика 2, поцключенных к груп-пе входов счетчика 5;пв- число разряцов счетчика 5. 1 зфЬ ч(10) 3гж К - постоянный коэффициент, установжнный в счетчике 4 и задающий требуемую частоту 1пч- число разряцов счетчика 4,б км 2; риац.оЗ 1 В установившемся режиме Й ЬК Ио 2." р оЫ/о 15 "1о, О 5Иа= р,(13)Из выражения (2) при 1=ад,Йс 40(- Й=ОЮИо / 1 оовыбрав объем счетчика 2 =О,63 Мо,гце о - число разряцов счетчика 2, получаем Приравняв выражения (13 получаемч 2 пвК =0,63 Если объемы всех счетчиковиакми, тоК = 0,632,Получим выражение цля постоянной времени цифрового генератора.В начальный момент времени циклапреобразования пасж сброса коц в счетчике 2 М =О, поэтому частота на выходе счетчика 5, как видно из выражения (11) Е 0. 79. 8Скорость нарастания кс.ца в счет пк 2 при=0 равна частоте 9 . Из выражения (2).4 Приравнивая выражения (8) и (17) и подставляя йо из формулы ( 13), нахьцим; Сигнал переноса счетчика 2 поступает на второй вхоц триггера 10. Устройство после включения питания изменяет Тоо таким образом, чтобы выполнялось равенство Т,=ТаПредположим что Тц, оказалось меньше Тп . Как вицно из формулы (18)/, чтобы увеагчить Т, при постоянных объемах счетчиков, выбранных частотев и .коэффициенте Ко надо уменыдить код . в "четчике 3. Действительно, в схеме приТц,Та сигнал переноса на выходе счетчика 2 возникает раньше, чем на выходе блока.14. Это приводит к опрокидыванию триггера 10, триггеры 9 и 10 оказываются в противоположных. состояниях, и на выхоце элемента 20 ИЛИ-НЕ появится логижская ф 1 ф, открывающая по вторым входам элементы 18 и 19 И. На третий вход эжмента 19 И поступает логическая ф 1 ф со второго выхоца, триггера 10, поэтому послецовательность импульсов с частотойо, поступающая на первые входы эле- ,ментов 18 и 19 И, проходит через эле-/мент 19 И на вход вычитания реверсивного счетчика 3, а через элемент 18 И ,не проходит, так как он закрыт по третьему входу.Частотой г, вычитается часть соцержимого счетчика 3 в течение времени, равного разности -Тч. При цостФкении напряжением 0 на конденсаторе значения О вар(момент сравнения соответствует времени Тц.) срабатывает блок Ъ 4 и сигнал с его выхода, пройця через формирователь 23, опрокинет триггер 9, на выхоце элемента 20 ИЛИ-НЕ появится логическийОо который запретит прохежцение частоты 1 ю на вхоц счетчика 3, В этот момент времени, т.е. по зацанному фронту импульса, возникающего навыходе элемента 0 ИЛИ-НЕ, формирователем импульсов 24 формируется спрн 6 ло опрокицывающий триггер 8. При етом