Функциональный аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН СПУВЛИ 5114,С 06 С 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССРОТНРЫТИИ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРС детельство СССРК 13/02, 1970. тельство СССР К 13/02, 1976. тельство СССР 6 С 7/26,алоУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Харьковский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт радиоэлероники им,акад. М,К,Янгеля и Изюмский приборостроительный заводим. Ф.Э.Дзержинского(56) Авторское сви9 388361, кл. Н 03Авторское свидеУ 567203, кл. Н 03Авторское свидеУ 598067, кл. О 0О 06 5 3/00, 1976,Гитис Э.И., Пискулов Е,А, Анго-цифровые преобразователи. - М.;Энергоиздат, 1981, с.255-257,рис.6,14,(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЬП 1 АНАЛОГОИФРОВО 11 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники; Функциональный аналого-цифровой преобразователь содержит коммутатор импульсов, реверсивный счетчик, блок передачи импульсов, функциональный цифроаналоговый преобразователь, буферный регистр, выходной суммирующий счетчик, триггер знака, компаратор и блок управления, содержащий детектор фронтов, триггеры, генератор импульсов, элементы И и ИЛИ,элементы запрета, элементы задержки,уп- д равляемый делитель частоты и дешифратор сигнала сброса. Расширение области применения достигается за счет возможности работы преобразова- ф ф теля в режимах нелинейного преобразования аргумента, формирования разности нелинейных преобразований аргумента, а также обеспечения однократного и периодических режимов работы. 2 з.п. ф-лы. 5 ил.55 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к функциональным преобразователям напряжения в код, работа которых основана на уравновешиваниивходного напряжения развертывающимступенчатым напряжением,Цель изобретения - расширение области применения путем вычисленияразнссти нелинейных преобразований воднократном и периодическом режимах,На фиг. 1 изображена блок-схемафункционального аналого-цифровогопреобразователя;на фиг. 2 - схемаблока управления; на фиг. 3 - схемакоммутатора импульсов; на фиг 4схема блока передачи импульсов; нафиг. 5 - схема функционального цифроаналогового преобразователя,Функциональный аналого-циФровойпреобразователь (АЦП) содержит блок 1управления, коммутатор 2 импульсов,реверсивный счетчик 3, блок 4 передачи импульсов, функциональный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5,буферный регистр 6, выходной суммирующий счетчик 7, триггер 8 знакакомпаратор 9, шину 1 О выходного кода, шину 11 ввода входного напряжения, входную шину 12 выбора режимаработы преобразователя, входную шину13 признака кратности преобразовате-.ля, входную шину запуска (шина ПУСК)и шину останова (шина СТОП) преобразователя.Блок 1 управления состоит из детектора 14 фронтов, КБ-триггеров 15 -17, генератора 18 импульсов, элементов ИЛИ 19 - 21, элементы И 22 - 24,элементов 25 и 26 задержки, элементов 27 - 29 запрета, дешифратора 30сигнала "Сброс" и управляемого делителя 31 частоты, причем позициямиС 01 - С 08 обозначены соответствующиевыходы блока 1 управления.ФКоммутатор 2 импульсов содержитэлемент 32 запрета, элементы И 33 и34 и элемент ИЛИ 35. Блок 4 передачи импульсов (фиг. 4) образуют элемент ИЛИ 36, элемент 37 импликации и элемент И 38.Функциональный ЦАЛ 5 содержит регистр 39 установки кода адреса, регистры 40 и 41 установки кода числа, группу элементов ИЛИ 42, перепрограммируемый блок 43 памяти, ЦАП 44 - 46, выходной сумматор 47 О2030354045 и шину 48 управления перепрограммируемым блоком памяти.Функциональный АЦП работает следующим образом.Режим нелинейного преобразованиявходного напряжения.В данном режиме на входной шине12 действует двоичный сигнал К = О,а на шину 11 подано входное напряжение Ц, Пусть на входной шине 13 действует сигнал 0", означающий однократное преобразование. Непосредственно перед началом работы устройства подается сигнал Общий сброс",который устанавливает в исходное нулевое состояние реверсивный счетчик 3,буферный регистр 6, выходной суммируюиий счетчик 7, триггер знака 8,а также управляемый делитель 31 частоты и триггеры 15-17 (цепи подачисигнала "Общий сброс" на фиг.1 и 2не показаны),Кратковременный импульс Пускпроходит через элемент ИЛИ 19 и устанавливает в "1" триггер 15. Поскольку напряжение обратной связи 11с выхода функционального ЦАП 5 в момент начала преобразования равно нулю, то состояние компаратара 9 определяется соотношением 130, ЕслиБ ) О, то выходной сигнал компаратора БСИ = 1, в противном случае БОБ == О. По переднему фронту импульса свыхода триггера 15 (управляющий сигнал С 01) осуществляется ввод состояния компаратора в триггер 8 знака,который представляет собой синхронизируемый по переднему фронту Р-триггер (триггер-защелку), "1" с выходатриггера 15 открывает элемент И 22с выхода которого (С 02) поступаютсчетные импульсы на вход коммутатора 2 импульсов, Поскольку триггер 16остается в нулевом состоянии, то еговыходной сигнал С 04=1. Это значит,что счетные импульсы проходят черезэлемент 32 запрета и элемент ИЛИ 35и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 3, Эти же импульсы поступают на вход элемента И 36,входящего в состав блока 4 передачиимпульсов, Поскольку на выходе элемента 37 импликации формируется "1",счетные импульсы проходят через элемент И 38 и поступают на выходнойсуммирующий счетчик 7,Заполнение счетчиков 3 и 7 происходит до тех пор, пока напряжение об3 12609ратной связи не уравновесит входноенапряжение, Как только 1111 , ком -оспаратор 9 меняет свое состояние напротивоположное, При этом детектор14 фронтов вырабатывает сигнал, который, проходя через элемент ИГП 1 20,устанавливает в "0" триггер 15, Нулевой сигнал этого триггера закрываетэлемент И 22, поэтому подача счетныхимпульсов прекращается. В счетчиках 1 О3 и 7 формируется код, связанный определенной нелинейной зависимостьюс входным напряжением. В устройствеокончание процесса преобразованиясопровождается формированием сигнала 15готовности (ГТ=1), С этой целью импульс с выхода детектора 14 фронтовпроходит через элемент 28 запрета, атакже элемент ИЛИ 21, после чего воздействует на вход установки в "1" 20триггера 17. Последний вырабатываетсигнал ГТ=1 (выход С 06 блока 1), который является признаком того, чтовозможно считывание в магистральныешины кода с выходных шин 10 счетчи- . 25ка 7 и инверсного выхода триггера 8знака. Кодировка знака напряженияпроизводится по известному правилу:положительному напряжению соответстг 0 отрицательному -В режиме многократного нелинейного преобразования на входной шине13 действует сигнал "1" и работа устройства протекает в такой последовательности,РПосле появления сигнала "Пуск" = 1включается в работу управляемый дели. тель 31 частоты, который уменьшаетвходную частоту непрерывной генерации таким образом, чтобы период следования импульсов с выхода делителя31 был не менее наибольшей длительности преобразования, После окончания первого цикла преобразования первый импульс с выхода делителя 31 про"хохмит на выход С 07 через дешифратор30 сигнала "Сброс", который устанавливает в "0" триггер 17 (при этомГТ = 0), подтверждает состояние триггера 16, формирует импульс на выходеС 08 элемента 27 запрета, который обнуляет реверсивный счетчик 3, а также обнуляет выходной суммирующийсчетчик 7. Сигнал "Сброс" поступает на вход 55 элемента 25 задержки и через некоторую задержку, проходя элемент ИПИ 19, устанавливает в "1" триггер 15, на 79 4 чивая тем самым второй цикл преобра зования,. и так далее.Выход из режима многократного нелинейного преобразования происходит при подаче кратковременного сигналаСтоп", который консервирует состояние делителя 31 и, проходя через элемент ИЛИ 20, устанавливает в "0" триггер 15, прекращая тем самым формирование счетных импульсов на выходе С 01. Режим работы устройства с фотометрическими датчиками информации.В режиме однократного преобразования на входной шине 13 действует "0", а К = 1, Работа устройства про-текает в две стадии. На первой стадии на шине 11 действует, напряжение начала отсчета Б (для примера Н ) 0), Непосредственно перед запуском устройства формируется сигнал"Общий сброс", действие которого описано выше. Фактически первая стадияпроцесса преобразования начинаетсяпри подаче сигнала Пуск, По переднему фронту импульса с выхода триггера 15 осуществляется опрос состояния компаратора 9 и запись этого состояния в триггер 8. Счетные импульсы с выхода СО 2 через коммутатор импульсов 2 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 3. Поскольку сигнал с выхода С 04 равен "0", на выходе логического элемента 37 формируется "0", который закрывает элемент И 38, вследствие чего поступления импульсов в выходной суммирующий счетчик 7. не происходит.По мере заполнения реверсивного счетчика 3 возрастает напряжение Ц с выхода ЦАП 5, Когда 13 ноНсна выходе компаратора 9 вырабатывается нулевой сигнал, в результате чего детектор 14 фронтов выдает кратковременный положительный импульс, который, проходя через элемент ИЛИ 20, устанавливает в "0" триггер 15,прекращая поступление счетных импульсов; проходя через элемент запрета 29 на выход СОЗ, воздействует на вход разрешения записи (вход Е) буферного регистра 6, вследствие чего выходной код реверсивного счетчика 3 записывается для хранения в буферный регистр 6; поступает на вход элемента 26 задержки, с выхода которого через открытый элемент И 23 воздействует на вход установки в "1" триггера 16,1260который на своем выходе С 04 вырабатывает сигнал Б = 1 окончания первой стадии преобразования,Во второй стадии второго режимана шину 1 подают измеряемое напря 5жение 11, (для примера Ц ) О), и включают устройство в работу путем подачи импульса по шине ПУСК. По переднему фронту импульса с выхода С 01 втриггер 8 знака записывается состоя- Оние компаратора 9, определяемое соотношением напряжений П. и Ц, = 10по следующемуправилу: если 11 ) Б 0записывается "1", если Б11, , за 0 Списывается 0, 15Счетные импульсы с выхода С 02 поступают на вход коммутатора 2 импульсов и распределяется следующим образом: если выходной сигнал компаратора БОИ = 1, через элемент И 33 и 20элемент ИЛИ 35 (см.фиг,3) счетные импульсы проходят на суммирующий входреверсивного счетчика 3, в противномслучае (БСБ = 0) счетные импульсыпоступают на вычитающнй вход реверсивного счетчика 3.Каждый импульс, поступивший в реверсивный счетчик, через блок 4 передачи импульсов записывается такжев выходной суммирующий счетчик 7. 30В общем случае с каждым поступившим в реверсивный счетчик импульсомуменьшается рассогласование междунапряжениями 11 и Б 0 , Когда компа. -ратор 9 изменяет свое состояние на.противоположное, на выходе детектора фронтов 14 формируется . импульс,который, проходя через элемент ИЛИ 20,сбрасывает в "0" триггер 15, вследствие чего закрывается элемент И 22;проходя через открытый элемент И 24,воздействует с выхода С 05 на вход управления установкой кода (вход Е) реверсивного счетчика 3, вследствиечего код начала отсчета с выходов бу" 45ферного регистра 6 переписывается вреверсивный счетчик 3; проходя черезэлемент И 28, а также элемент ИЛИ 21,воздействует на вход установки в "1"триггера 17, который на .своем выходеС 06 вырабатывает сигнал готовностиГТ= к считыванию кодов с выходныхшин 1 О и инверского выхода триггеразнака 8. На этом однократное преобразование информационкых сигналов Фотометрического датчика заканчивает 55ся,11 ри многократном преобразованииработа устройства протекает в следую 979 Ьщен последовательности. На первойстадии преобразования цюрмируется кодначала отсчета аналогично Формированию кода при однократном преобразовании сигналов Фотометрических датчиков. После появления Б =на выходеС 04 блока 1 на шину 11 подается измеряемое напряжение 11, на шину 13сигнал "1", который является признаком многократного преобразования,Приподаче сигнала "Пуск" вначале формируется знаковый разряд в триггере 8.Кроме того, включается в работу делитель 31 и дешифратор 30 сигнала"Сброс", Последний Формирует на выходе С 07 сигнал, сбрасывающий в "0"триггер 17, на выходе С 06 котороговырабатывается сигнал ГТ=О; обнуляющий выходной суммирующий счетчик 7;проходя через элемент 25 задержки иэлемент ИЛИ 19, устанавливающий в"1" триггер 15, начиная новый циклпреобразования, и т,д.Выход из режима многократного преобразования производится при подачекратковременного сигнала "СтопРабота и программирование Функционального ЦАП,Чтобы обеспечить требуемое Функциональное соотношение выходного кода и входного напряжения, необходимо соответствующим образом настроить(запрограммировать) ФункциональныйЦАП 5. Его основной частью являетсяперепрограммируемый блок 43 памяти,включающий в себя совокупность запоминающих ячеек, снабженных схемамиадресации, стирания, записи и считывания информации. Регистры 39-41 установки кодов являются тумблерными,кнопочными и т.п.Работа устройства основана на кусочно-линейной аппроксимации нелинейной функции с равномерным разбиением области определения функции,ЦАП 5 имеет два режима: режим прог- раммирования (настройки) и рабочий режим, причем режим настройки всегда предшествует рабочему режиму. Основанием для настройки является таблица аппроксимации исходной функциональной зависимости, в которой для каждого 1-го интервала аппроксимациис(А 62, где и = 1,2,3,) указываются кодовые значекия коэффициентов аппроксимации: начальной ординаты и углового коэффициента. Для адресации каждого интервала аппроксимации и7 126 старших разрядов реверсивного счетчика 3 соединяются с соответствующей группой входов группы 42 элементов ИЗБ, Остальные щ младших разрядов реверсивного счетчика 3 подключают к 5 цифровым входам преобразователя 46.Непосредственно перед началом настройки осуществляется установка в 0 регистров 39-41 и реверсивного счетчика 3. Настройка осуществляется слеО дующим образом. Управляющими сигнала 1 я по шине 48 управления перепрограммируемый блок 43 памяти переводитсяв режим записи кодов. Код адреса первой ячейки, записанный в регистре 39,15 проходя через группу элементов ИЛИ 42, воздействует на адресные входы блока памяти 43, На регистрах 40 и 41 установки кодов 40 и 41 устанавливают кодовые значения начальной ординаты и углового коэффициента аппроксимирующей прямой, которые после подачи исполнительного сигнала записи по шине 48 записываются в первую ячейку. Затем переходят к записи информа ции во вторую ячейку блока памяти, для чего увеличивают на единицу адресный код в регистре 39 установки кода адреса, после чего аналогично изложенному записывают во вторую ячейку памяти коды начальной ординаты и углового коэффициента, относящиеся к второму интервалу аппроксимации, и т.д. до тех пор, пока в блок памяти не запишутся коды всех коэффициентов ап 35 проксимации.В рабочем режиме сигналом по шине 48 перепрограммируемый блок 43 па-мяти переводится в режим считывания, а регистры 39-41 обнуляются. При ра 40 боте .реверсивный счетчик 3 заполняется счетными импульсами, Старшие разряды реверсивного счетчика указывают адрес ячейки блока памяти (через группу 42 элементов ИЛИ), в то время как младшие разряды кода преобразуются в пропорциональное напряжение, воспроизводящее приращение Ь х аргумента (О- ьха х) . После считывания из блока памяти информации по за данному адресу код начальной ординаты воздействует на цифровые входы преобразователя 44, а код угловогокоэффициента - на цифровые входы мно-жительного преобразователя 45.Такимобразом, на выходе выходного сумматора 47 воспроизводится аппроксимирующая функция:8ср(дх) =а + Ь фх,где а и Ь - соответственно начальная ордината и угловой коэффициентаппроксимирующей прямой на 1-м интервале аппроксимации.Таким образом, предлагаемый функциональный АЦП может работать в режиме традиционного нелинейного преобразования, в режиме, позволяющем получить код относительной оптическойплотности фотоматериалов при работес фотометрическими датчиками информации, в режиме однократного преобразования, характерного для цифровыхвольтметров и в режиме многократногопреобразования, типичного для совместнои работы с ЭВМ,0979 формула изобретения та и входом первого элемента задержки, подключенного выходом кпервому входу первого элемента ИПИ, соединенного выходомс входом установки в "1" цер 1, функциональный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, соединенный первым входом с шиной входного напряжения, а вторым входом - с выходом функционального цифроаналогового преобразователя, выходной суммирующий счетчик и блок управления, содержащий генератор импульсов, первый триггер и первый элемент И, входы которого подключены к выходу первого триггера и выходу генератора импульсов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения за счет вычисления разности нелинейных преобразований в однократном и периодическом режимах, в него дополнительно введены коммутатор импульсов, реверсивный счетчик, буферный регистр, блок передачи импульсов и триггер знака, а блок управления содержит детектор фронтов, второй и третий триггеры, второй и третий элементы И, три элемента ИЛИ, три элемента запрета, два элемента задержки, управляемый делитель частоты и дешифратор сигнала сброса, соединенный входами с входом признака кратности преобразователя, входом выбора режима работы преобразователя и выходом второго триггера, а выходом - с входом обнуления третьего триггера, прямым входом первого элемента запре2 Ос о 1 Оного триггера, а вторым входом - с входом впуска преобра-зователя и первым управляющим входом управляемого делителя частоты, подключенного информационным входом к выходу генератора импульсов, а вторым управляющим входом - к входу останова преобразователя и первому входу второго элемента ИЛИ, соединенного выхо дом с входом обнуления первого триггера, а вторым входом - с выходом детектора фронтов, первым входом второго элемента И, прямыми входами второго и третьего элементов запрета и входом второго эпемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, соединенного вторым входом с входом выбора режима работы преобразователя и инверсными входами первого и второго элементов запрета, а выходом - с входом установки в "1" второго триггера, подключенного входом обнуления к выходу первого элемента запрета,а выходом - к 25 инверсному входу третьего элемента запрета и второму входу второго элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента запрета; а выходом - к входу установки в "1" третьего триггерар выход которого является выходом сигнала готовности преобразователя, причем вход детектора фронтов соединен с выходом компаратора и информационным входом триггера знака, подключенного прямым выходом к первому управляющему входу коммутатора им-, пульсов инверсным выходом - к выхоФ40 ду знака преобразователя, а синхронизирующим входом - к выходу первого триггера, при этом коммутатор импульсов соединен информационным входом с выходом первого элемента И, вторым управляюшим входом - с выходом второ 45 го триггера и первым управляющим входом блока передачи импульсов, первым выходом - с суммирующим входом реверсивного счетчика и первым сигнальным входом блока передачи импульсов, а .вторым выходом - с вычитающим входом .реверсивного счетчика и вторым сигнальным входом блока передачи импуль-сов, подключенного вторым управляющим входом к входу выбора режима ра ,боты преобразователя, а выходом - к счетному входу выходного суммирующего счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом дешифратора сигнала сброса, при этом реверсивный счетчик подключен установочным входом к выходу буферного регистра, входом управления установкой кода - к выходу второго элемента И, входом обиуления - к выходу первого элемента запрета, а выходом - к цифровому входу функционального цифроаналогового преобразователя и информационному входу буферного регистра, вход разрешения записи кода которого соединен с выходом третьего элемента запрета,2, Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что функциональный цифроаналоговый преобразователь содержит регистр установки кода адреса, первый и второй регистры установки кода числа, перепрограммируемый блок памяти, три цифроаналоговых преобразователя, выходной сумматор и группу элементов ИЛИ, подключенных первыми входами к выходам разрядов регистра установки кода адреса, вторыми входами - к старшим разрядам цифрового входа функционального цифроаналогового преобразователя, а выходами - к адресным входам перепрограммируемого блока памяти, соединенного первой и второй группами входов записи кодов с выходами первого и второго регистров установки кода числа соответственно, входами разрешения записи и чтения - с шиной управления работой блока памяти, а первой и второй группами выходов разрядов - с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которых подключены к входам выходного сумматора, причем аналоговый вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с выходом третьего цифроаналогового преобразователя, подключенного цифровым входом к младшим разрядам цифрового входа функционального цифроаналогового преобразователя3. Преобразователь по п,1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок передачи импульсов содержит элемент И, элемент импликации и элемент ИЛИ, входы которого являются первым и вторым информационными входами блока передачи импульсов, а выход соединен с первым входом элемента И, выход которого является выходом блока переда 1212609791чи импульсов, а второй вход подключен к выходу элемента импликации,прямой и инверсный входы которого являются первым и вторым управляющим входами блока передачи импульсов соот.ветственно.1260979 ставитель С.Казинохред И. Ходанич тор Л,Пчелинска Кор Пилипенко . Заказ 5234 одписное аб., д.4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, 4 ТиВНИИПИ Государ по делам изоб 113035, Москва твенного комите етений и открыт Ж, Раушская И МФыв.Ф