Устройство для цифроаналогового преобразования

.13 дцу "ур ССР 79. гоны тели ва. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) УСТРОЙСТВО ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ(57) Изобретение относится квычислительной и цифровой измерительной технике и может быть использовано для преобразования цифровых величин ,в аналоговые, Изобретение позволяет повысить точность цифроаналогового801248072 преобразования за счет улучшения линейности характеристики преобразования. Улучшение линейности характеристики преобразования обеспечивается введением трех цифровых коммутаторов, блоков постоянной и оперативной памяти, регистра последовательного приближения и арифметико:логического устройства, а также построением основного цифроаналогового преобразователя (ЦАП) на. основеизбыточно-измерительного кода. Устройство работает в двух режимах: поверки основного ЦАП и преобразования входного кода в аналоговый сиг- аЮнал, В режиме поверки определяютсяреальные веса основного ПАП, которые Язатем хранятся в блоке оперативнойпамяти и используются при преобра- С,зовании входного кода в аналоговыйсигнал. 1 з.п. ф-лы, 4 ил,Майта-а 1 1Изобретение относится к вычислительной и цифровой измерительнойтехнике и может быть использованодля преобразования цифровых величинв аналоговые.Цель изобретения - повышение точности за счет улучшения линейностихарактеристики преббразования.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства цифроаналоговогопреобразования; на фиг.2 - функциональная схема блока управления, нафиг3 и 4 - граф-схема алгоритмаработы устройства.Устройство цифроаналогового преобразования содержит входные шины 1преобразуемого кода, .первый цифровой коммутатор 2 (ЦК), арифметикологическое устройство 3 (АЛУ), первый регистр 4 (РГ), второй цифровойкоммутатор 5, второй регистр 6, основной цифроаналоговый преобразователь 7 (ЦАП ), третий цифровой коммутатор 8, блок 9 сравнения (БС), регистр 10 сдвига (РГС), вспомогательный цифроаналоговый преобразователь11 (ЦАП ), блок 12 управления (БУ),регистр 13 последовательного приближения (РПП), блок 14 постояннойпамяти (БПП), блок 15 оперативнойпамяти (БОП), первую и вторую управляющие шины 16 и 17, которые подключены к первому и второму входам блока управления, шину "Запуск", которая подключена к третьему входу блока управления, выходную шину 18,Блок управления имеет тринадцатьвыходов 19-31.Блок управления (фиг,2) содержитпервый н второй регистры 32, 33, генератор 34 тактовых импульсов, постоянное запоминающее устройство 35.Основной цифроаналоговый преобразователь .7 должен быть выполнен наоснове избыточных измерительных кодов (ИИК). Известно, что выходнаяхарактеристика ЦАП, построенного наоснове неизбыточного двоичного кода может иметь "разрывы", если. весаразрядов имеют отклонения от требуемых значений,Если ЦАП реализовать на основеИИК, например кода Фибоначчи, то"разрыва" не будет, если веса разрядов изготавливать с погрешностьюне более 23,67. Скачки выходной характеристики при таких низких требованиях к технологии будут большиМи. Однако значительно уменьшить 248072 2(линеаризовать) их можно путем цифровой коррекции результата преоб разования. Это возможно благодаряналичию многозначности ИИК.Предлагаемое устройство функционирует в двух режимах: поверки инепосредственного цифроаналоговогопреобразования с коррекцией.В режиме поверки определяются 10 коды реальных значений весов разрядов ЦАП 7, причем разряды делятсяна группу старших (поверяемых) и нагруппу младших (неповеряемых) разрядов. Такой подход справедлив при 15 формировании весов разрядов с одинаковой относительной погрешностью 6.В этом случае абсолютные отклоненияьЯ от требуемых значений Я длячаестарших разрядов будут большими, 20 а для младших - малыми. Поэтому коды реальных значений весов младшихразрядов Кр , полученные после изреготовления устройства, записываются в БПП 14 и используются при функ ционировании.Определение кодов Кр реальныхрезначений весов разрядов производится только для групп из ш старших разрядов. Значение ш определяется из 30 условия где и - количество разрядов ЦАП;д - отклонение от требуемогозначения (и-ш+1)-го разряда,Я, Я - значения первого и второгомладших разрядов соответственно.Определение кодов К для старшихреразрядов при формировании ЦАП 11ступенчато нарастающей аналоговой величины Ае, каждая ступень которойсоответствует весу поверяемого раз ряда, каждый аналоговый сигнал Аедважцы уравновешивается по методупоразрядного кодирования компенсирующим сигналом АЦАП 7 - один разос запретом включения поверяемогоразряда, второй раэ без запрета. Порезультатам двух кодирований определяется код реального веса поверяемого разряда. Работа устройства в режиме поверки 55 осуществляется следующим образом.По сигналам БУ 12 происходит обнуление РГ 4, содержимого БОП 15, запись исходного кода н РГС 10, уста1248 навливается в начальное состояние РПП 13, ЦК 2 коммутирует на вход РГ 4 выход АЛУ 3. На выходе ЦАП 11е появится аналоговый сигнал А-Значение вспомогательного аналогово 5 го сигнала должно быть таким, чтобы при поразрядном уравновешивании его компенсирующим сигналом ЦАП 7 А произошло включение поверяемого (и-ш+1)-го разряда, т.е. А дол о жен превьппать реальный вес поверяемого разряда Я на величину 5-203. Далее при помощй блоков 13, 6, 7, 8, 9, 10, 11 производится .аналогоцифровое преобразование сигнала 15 А, причем РГ 6 при этом функционирует только в режиме записи. Результат первого преобразования ГКкоторое осуществляется с запретом включения (и-ш+1)-го разряда, 20 при помощи БУ 12, ЦК 8 формируется в РПП 13. Двоичный код К первог-тго преобразования формируется в РГ 4 при помощи блоков 2,3,4,5, 12, 14, 15,8 по формуле 25 Если г =О, то содержимое РГ 4 неизменяется, а в РПП 13 записываетсяноль при помощи ЦК 8 и БУ 12. Еслиг =1, то из содержимого РГ 4 вычитается код Кр (дальнейшее сравнение производится с остатком К-К ),а в РПП 13 записывается единица.Далее код К сравнивается с кодомреального веса Кр, следующего разряда. Последующее преобразование 3 О входного кода К в рабочий код Крпроисходит аналогично.Заканчивается процесс после и-госравнения содержимого РГ 4 с кодомреального веса младшего разряда Кр,В результате в РПП 13 сформируется, 35рабочий код КР Ь, который по сигналуБУ 12 перепишется в РГ 6, после чего на выходе 18 устройства появитсяаналоговая величина А точно совылответствующая входному двоичному коду К.Необходимые для функционированияустройства управляющие и условныесигналы приведены в таблице.45 Алгоритм функционирования цифроаналогового преобразования в соответствии с вьппеприведенным показан нафиг.3 и 4 состоит из: вершины (1-5)обнуление БОП 15; вершины (6-15) 50 первое кодирование А с запретомвключения 4-го разряда; вершины (1626) - второе кодирование А без запрета включения 4-го разряда, вершины (27-28) - запись КР в БОП 15;55 вершины (29-39) - первое кодированиеА, с запретом включения 5-го разряда;вершины (40-50) - второе кодированиеА ; вершины (51-52) - запись К в где а Е. 0,1 - разрядный коэффици 1ент первого кодирования К-ь +Результат второго кодирования Ктакже формируется в РПП 13.11Двоичный код Квторого преобразования формируется в РГ 4 по форму- ле в лК =К - Е а, К, (1)гл + г.,р=111где а,. е 0,13 - разрядный коэффицивент второго кодирования КТак как в выражении (1) коды К .Рравны нулю при дш-ш+1 (содержимоеБОП 15 нулевое), то код Кг равенг-ь+коду реального веса (и-ш+1)-го раз-пряда, т е. К =К . По сигЪ- .г .фтналу БУ 12 этот код переписываетсяв БОП 15.Далее производится сдвиг РГС 10,в результате чего на выходе ЦАП 11появится новый вспомогательный аналоговый сигнал А , . Получение реального веса (и-ш+2)-го разряда происходит аналогично вышеописанному.Процесс поверки заканчивается послеопределения кодов реальных весоввсех старших разрядов.В режиме непосредственного преобразования входной двоичный код К,072 4поступающий по входным шинам 1 устройства, преобразуется в аналоговую величину А , на выходе 18 устройства. При этом участвуют все блоки устройства за исключением РГС 10 и ЦАП 11. Преобразование осуществляется следующим образом. Входной код К записывается в РГ 4 при помощи ЦК 2 и БУ 12 и сравнивается при.помощи АЛУ 3 с кодом реального веса старшего разряда КР . При сравнении, анализируются сигнал переноса г АЛУ 3, находящегося в режиме вычитания, причем сигнал переноса г. подчиняет 1 ся следующему выражению: 1БОГГ 15, вершины (53-65) - непосредственное преобразование,Формула из обретения1, Устройство цифроаналогового преобразования, соДержащее основной и вспомогательный цифроаналоговые преобразователи, блок сравнения, блок 10 управления, первый и второй регистры, регистр сдвига, выходы которого подключены к соответствующим входам вспомогательного цифроаналогового преобразователя, выход которого под ключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходной шиной устройства, выходы второго регистра подключены к соответствующим входам основного цифро аналогового преобразователя, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к первым управляющим входам первого, второго регистров и регистра сдвига, о т Л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности эа счет . улучшения линейности характеристики преобразования, в него введены первый, второй и третий цифровые комму таторы, блок постоянной памяти, блок оперативной памяти, регистр последовательного приближения, арифметикологическое устройство,. первые информационные входы которого объединены З 5 с информационными входами блока оперативной памяти и подключены к выходам первого регистра, вторые информационные входы подключены к выходамвторого цифрового коммутатора, первый выход подключен к первому информационному входу третьего цифровогокоммутатора, управляющий вход подключен к четвертому выходу блока управления, вторые выходы подключены к 45первым информационным входам первогоцифрового коммутатора, вторые информационные входы которого являютсяшинами преобразуемого кода, управляющий вход подключен к пятому выходу 50блока управления, выходы подключенык информационным входам первого регистра, второй управляющий вход которого объединен с информационным входом регистра последовательного приближения и подключен к выходу третьего цифрового коммутатора, второй информационный вход которого является шиной сигнала логической диннць, третий информационный вход является шиной сигнала логического нуля, четвертый информационный вход подключен к выходу блока сравнения, первый и второй управляющие входы подключенысоответственно к шестому и седьмому выходам блока управления, восьмой . выход которого подключен к второму управляющему входу регистра сдвига и к первому управляющему входу регистра последовательного приближения, девятые выходы подключены к адресным входам блоков оперативной и постоянной памяти, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам второго цифрового коммутатора, управляющий вход которого подключен к десятому выходу блока управления, первый, второй и третий входы которого являются соответственно первой и второй управляющими шинами и шиной "Запуск", одиннадцатый и двенадцатый выходы подключены соответственно к первому и второму управляющим входам оперативной памяти, тринадцатый выходподключен к второму управляющему входу регистра последовательного приближения, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, при этом выход основного цифроаналогового преобразователя является выходной шиной.2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на первом регистре, втором регистре, генераторе тактовых импульсов, постоянном запоминающем устройстве, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока управления, выходы с первого по пятнадцатый подключены к информационным входам первого регистра, входы с третьего по девятый подключены к выходам второго регистра, выходы с шестнадцатого по двадцать второй подключены к информационным входам второго регистра, первый управляющий вход которого является третьим входом блока управления, второй управляющий вход подключен к прямому выходу генератора тактовыхимпульсов, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого регистра, выходы с первого подевятый которого являются соответ1248072 Наименование Примечание 16 При Х=1 - кодирование с контролем Х,Режим 1 17 При Х=1 " разрешение преобразования Режим 2 Вычитание-сложение АЛУ 3 При У, =0 - сложение 22 у При У =0 - коммутируется выход АЛУ 3. 23 Коммутация ЦК 2 Обнуление РГ 4 Коммутация ЦК 5 При У -0 коммутируется выход БОП 15 28 У 5 31 Синхроимпульс РПП 13 Запись-считывание БОП 15 При У =0 - считываниео 29 8 30 Синхроимпульс записиБОП 15 Адрес БОП 15 и БПП 14 1 0 1 5-й 1 0 0 4-й 0 1 1 3-й 0 1 0 2-й 0 О 1.1-й 27 разряд разряд разряд разряд разряд Начальная установка 26 21 у,6 24 25 у,Запись РГ 6 20 у жатвенно четвертым, пятым, первым,тринадцатым, десятым, шестым, седьмым, одиннадцатым, двенадцатым выходами блока управления, выходы с десятого по двенадцатый первого регист 1 Номер Обознасвязи чения Сдвиг РГС 10 Адрес 1 ЦК 8 Адрес 2 ЦК 8 ра являются девятыми выходами блокауправления, выходы с тринадцатого попятнадцатый являются соответственновосьмым, третьим и вторым выходамиблока управления. При6 70 0 - коммутируется.БС 90 1 - коммутируетсялог. "0"1 0 - коммутируетсялог. "1"1 1 - коммутируетсявыход АЛУ 31248072 и оставитель В.Першикоехред И. Гайдощ ректор И.М едактор М.Банд Тираж 816 ственного эобретений -35, Раушс Подписи акаэ 4142/59 ВН4/5 иэводственно-полиграфическое и ИИПИ Государ по делам и Москва, Ж комитета С и открытий ая наб., д ятие, г. Ужгород, ул. Проектная,