Аналого-цифровой преобразователь

) 4 Н 03 М 1/26 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ ФРОВОЙ(57) Изобрзованию анвой код в БРАЗОВАТЕЛЬ к преобрав в цифро -ние относитговых сигнал мати троиствах ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ(71) Винницкий политехнический интут(56) Авторское свидетельство СССР758510, кл. Н 03 К 13/02, 28.04Авторское свидетельство СССРУ 790285, кл. Н 03 К 13/02, 23. 12 ЯО 127906 числительной и измерительной техники. Изобретение позволяет повысить достоверность преобразования за счет более эффективного метрологического контроля, за счет использования при построении устройства избыточных измерительных кодов и введения двух цифровых блоков суммирования, цифрового блока сравнения, регистра последовательного приближения, цифрового коммутатора и блоков элементов ИЛИ. Метрологический контроль осуществляется одновременно с процессом основного преобразования и не требует использования специальных образцовых сигналов и прецизионных измерительных приборов, 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.1279064 10 3И= а, 9,(Г), е-. о Изобретение относится к вычислительной и цифровой измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые.Цель изобретения - повышение достоверности аналого-цифрового преобразователя за счет более эффективного метрологического контроля,На фиг.1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг.2 - функциональная схема второго блока суммирования", на фиг.3 - функциональная схема блока управления; на фиг,4 и 5 - граф-схема алгоритма работы устройства.Аналогб-цифровой преобразователь (фиг.1) содержит входную шину 1, блок 2 сравнения (БС), первый блок 3 суммирования (БС 1), цифровой блок 4 сравнения (ЦБС), блок 5 управления (БУ), регистр 6 последовательного приближения (РПП), цифроаналоговый преобразователь 7 (ЦАП), цифровой коммутатор 8 (ЦК), блок 9 развертки крда (БРК), второй блок 10 суммирования (БС 2), блок 11 элементов ИЛИ, регистр 12 (РГ). Блок 5 управления имеет выходы с первого по девятый 13-21 и входы с первого по четвертый 22-25 и пятый вход "Запуск". Второй блок 10 суммирования имеет первые и вторые информационные входы 26 и 27, управляющий вход 28 выходы 29, которые являются выходными контрольными шинами. АЦП имеет также выходные цины 30. Второй блок 10 суммирования (фиг.2) выполнен наэлементах 31 Исключающее ИЛИ и и элементах 32 И.Блок 5 управления выполнен на постоянном запоминающем устройстве 33 (ПЗУ), первом и втором регистрах 34 и 35 и генераторе 36 тактовых импульсов.Метрологический контроль аналогоцифрового преобразователя осуществляется на основании определенных соотношений между весами разрядов цифроаналогового преобразователя, выполненного на основе кодов с иррациона. - льными основаниями типа р -коцов Фибоначчи и кодов "золотой" Р -пропорции. В р -кодах Фибоначчи любое натуральное число может быть представлено в виде где а Е(0,1;1=1,2,з - номер разряда;р=0,1,2, - параметр кода;М (е) - вес е.-го разряда.В кодах золотой р -пропорции лю-,бое действительное число может бытьпредставлено в видеА=а,ые: где а е 0,1,номер разряда;р - параметр кода;15 й, - вес 1-го разряда.Над разрядами указанных кодовможет быть выполнена операция развертки. Развертка заключается в заменеединицы в е-м разряде нулем, а нулей20 в (Р)-м и (Г-р - 1)-м разрядах единицами.В случае точного соответствия весов разрядов цифроаналогового .преобразователя требуемым значениям выполМ 5 нение операции развертки над разрядами кодовой комбинации, подаваемой навход цифроаналогового преобразовате-,ля, не изменяет значения выходнойаналоговой величины,ЗО В случае несоответствия весов разрядов цифроаналоговогопреобразователятребуемым зйачениям выполнение операции развертки над разрядами кодовыхкомбинаций меняет значение аналоговойвеличины,Указанное обстоятельство лежит в основе метрологического контроляпред-.лагаемого устройства, При одинаковой 40 относительной погрешности весов разрядов цифроаналогового преобразователя абсолютная погрешность, вносимая отклонением старших разрядов, намного больше абсолютной погрешности, вносиф 5 мой отклонением младших разрядов, поэтому разрядная сетка условно разбивается на группу контролируемых (старших) разрядов, группу точных (младших) разрядов и, кроме того, содержит О дополнительный разряд, вес которогоравен весу младшего разряда. Дополнительный разряд необходим для проведения метрологического контроля, который осуществляется при выполнении Б операции развертки кода путем анализа выходного сигнала У блока 2 сравнения, Причем сигнал У подчиняется следующему соотношению:10, если А с ЛОх кф11, если ААькгде А - входной аналоговый сигналВхА - компенсирующий аналоговый 5ксигнал.Устройство работает следующим образом.Преобразуемая аналоговая величина Апоступает на входную шину 1 О устройства и в процессе аналого-цифрового преобразователя уравновешивается компенсирующим сигналом А ЦАП 7 по методу поразрядного кодирования. В процессе уравновешивания участвуют 15 блоки 2 и 5 - 9. Причем на вход ЦАП 7 через цифровой коммутатор 8 поступает информация с выхода регистра 6 последовательного приближения, а блок 9 развертки кода полностью пов торяет выходной сигнал блока б. После окончания непосредственного аналогоцифрового преобразования входной аналоговый сигнал Ауравновешен сигналом А с точностью до половины младкшего разряда ЦАП 7. При этом результат преобразования находится в блоках б и 9 и с выхода блока 6 поступает на информационный выход 30 устройства. 30Далее по сигналу блока 5 управления осуществляется развертка кода, находящегося в блоке 9. Причем развертка кода происходит до появления значащей единицы в младшем "точном" разряде. Дополнительный разряд в этом случае установлен в нулевое состояние. Затем развернутая кодовая комби нация через цифровой коммутатор 8 поступает на вход ЦАП 7 и производится анализ выходного сигнала У блока 2 сравнения. В зависимости от уровня . логического сигнала У устанавливает ся в единичное состояние дополнительный разряд ЦАП 7 1 У =О) либо устанавливается в нулевое состояние младший "точный" разряд ЦАП 7 (У =О). Далее анализируется выходной сигнал У блоЯ ка 2 сравнения. Если веса разрядов ЦАП 7, участвовавшие в развертке кода в блоке 9, соответствуют своим метрологическим характеристикам, то значение сигнала У будет противоположно 55 значению сигнала У, . В случае расстройки какого-либо разряда сигнал Уй будет равен сигналу У,. Далее:о к,аманде блока 5 управления с помощью первого блока 3 суммирования определяются номера разрядов, участвовавших в развертке кода в блоке 9. Для этого производится суммирование по шос 2 содержимого блоков 6 и 9, Так как в регистре 6 последовательного приближения находится код, над которым не выполнялась операция развертки, а в блоке 9 находится код в развернутой форме, то значащие единицы кода на выходе первого блока 3 суммирования будут соответствовать номерам разрядов ЦАП 7, участвовавших в развертке кода. Затем код с выхода первого блока 3 суммирования поступает на вход блока 11 элементов ИЛИ и вход второго блока 10 суммирования. В случае, если веса разрядов ЦАП 7 не соответствуют метрологическим характеристикам, этот код с помощью второго блока 10 суммирования суммируется по вод 2 с содержимым (нулевым) регистра 12 и с выхода блока О поступает на контрольный выход 29 устройства. Если веса разрядов ЦАП 7 соответствуют требуемым значениям, то код с выхода блока 3 с помощью блока 11 суммируется (логически) с содержимым (нулевым) регистра 12. На этом первый цикл контроля заканчивается. При этом, если в процессе контроля было зафиксировано, что веса разрядов ЦАП 7 не соответствуют требуемым метрологическим характеристи- кам, то значащие единицы кода на контрольном выходе 29 устройства укажут номера расстроенных разрядов, Если в процессе контроля не было зафиксировано растройки разрядов ЦАП 7, то зназначащие единицы кода, находящегося в регистре 12, будут соответствовать номерам разрядов ЦАП 7, суммарное отклонение которых от требуемых значений не превышает величины младщегоразряда.Затем после проведения следующего очередного цикла непосредственного преобразования сигнала А в код-ехначинается следующий цикл контроля. Причем для получения возможности проведения метрологического контроля новой группы разрядов ЦАП 7 после выполнения операции развертки кода в блоке 9 производится сравнение кодов с помощью цифрового блока 4 сравнения, поступающих с выходов первого блока 3 суммирования и регистра 12.9064 ЬПродолжение таблицы Импульс записиБРК 9 14 Импульс развертки РК 9 равление ЦК Импульс запиРГ 12 Обнуление Р Строб блока 1 О 18 ключение дополн ельног ряда 19 Выключение младшегоразряда При азрешен иА ч а н и е. При х =1реобразования; х =1при х =1 - равенств1 коммутируется вых иеАк,У ес- кодов; пБРК 9. ие связи 25 22 игнал блок ря ИпадшииБРК 9 х 23 игнал 6 СинхроимпульсРПП 6 3 127 Если эти коды равны (что свидетельствует о том, что данные ра.зряды уже проконтролированы), то первый цифровой блок 4 сравнения вырабатывает логический сигнал к=1, по которому при помощи блока 5 управления в блоке 9 произойдет еще один такт развертки кода. Дальнейшая работа устройства происходит аналогично описанному. В конце цикла контроля код с выО хода блока 3 логически просуммируется с содержимым регистра 12, если веса разрядов ЦАП 7 не имеют отклонений от требуемых значений либо на контрольном выходе 29 устройства появится15 кодовая комбинация, значащие единицыов которой укажут номера разрядов ЦАП 7, имеющих отклонения от требуемых значений. Причем, так как выходной код блока 10 представляет собой сумму20 по шой 2 содержимого блока 3 и регистра 12, то номера разрядов ЦАП 7, величины которых имеют отклонения от требуемых значений, во втором цикле метрологического контроля будут указаны более точно, чем в первом. На этом второй цикл метрологического контроля заканчивается.Блок 5 управления может быть син 30 тезирован различными методами. Например, он может быть выполнен на основе автомата с памятью или по принципу программного управления. Один из возможных вариантов реализации блока управления приведен на фиг.3. Для формирования управляющих сигналов применена последовательная схема с использованием ПЗУ.Необходимые для управления функционированием АЦП управляющие и усло-фо вные сигналы приведены в таблице. Алгоритм функционирования предлагаемого устройства в соответствии с приведенным описанием приведен на фиг.4 и 5, где вершины 1-9.- поразрядное уравновешивание входной аналоговой величины; вершины 10-12 - развертка кода до появления единицы в младшем разряде; вершины 13-18 - определение наличия отклонений и номе-. ров весов разрядов; вершины 19-28 - непосредственное поразрядное кодирование входной аналоговой величины; вершины 29-31 - развертка кода и проверка на равенство содержимого РГ 12 и выходного сигнала блока 3; вершины 32-38 - определение наличия отклонений и номеров весов разрядов. формула изобр етени 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, блок развертки кодов, регистр, цифроаналоговый преобразователь и блок сравнения, первый вход которого является входной шиной, втоРой вход.подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, выход подключен к первому входу блока управления, первыйи второй выходы которого подключенысоответственно к первому и второмууправляющим входам блока разверткикодов, третий выход подключен к первому управляющему входу регистра, 5о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения достоверности результатов преобразования, в него введеныцифровой блок сравнения, первый ивторой блоки суммирования, блок элементов ИЛИ, цифровой коммутатор, регистр последовательного приближения,вход которого подключен к четвертомувыходу блока управления, выходы которого являются выходными информационными шинами и подключены к соответствующим первым входам первого блокасуммирования, информационным входамблока развертки кода и первым информационным входам цифрового коммутатора, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя,управляющий вход подключен к пятомувыходу блока управления, шестой иседьмой выходы которого подключены ктретьему и четвертому управляющимвходам блока развертки кода, выходыкоторого подключены к вторым информационным входам цифрового коммутатораи вторым входам первого блока суммирования; выходы которого подключенык соответствующим первым информационным входам второго блока суммирования, первым входам блока элементовИЛИ и первым входам цифрового блокасравнения, выход которого подключенк второму входу блока управления,вторые входы объединены с соответствующими вторыми информационными входами второго блока суммирования, вторыми входами блока элементов ИЛИ иподключены к соответствующим выходамрегистра, информационные входы которого подключены к соответствующимвыходам блока элементов ИЛИ, второй 45управляющий вход подключен к восьмому выходу блока уравления, третийвход которого подключен к выходумладшего разряда блока развертки кода, четвертый вход является шиной " 50"Режим работы", пятый вход является шиной Запуск , девятый выход подключен к управляющему входу второго блока суммирования, выходы которого являются выходными контрольными шинами,2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что второй блок суммирования выполнен на й, элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, где И - число разрядов аналого-цифрового преобразования, и и. элементах И, выходы которых являются соответствующими выходами второго блока суммирования, первые входы объединены и являются управляющим входам второго блока суммирования, вторые входы подключены к соответствующим выходам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых являются первыми информационными входами второго блока суммрования, а вторые входы являются вторЫми информационными входами второго блока суммирования.3, Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на первом и втором регистрах, генераторе тактовых импульсов и постоянном запоминающем устройстве, выходы с первого по девятый которого подключены к соответствующим информационным входам первого регистра, адресные входы с первого по четвертый являются соответственно четвертым, первым, третьим и вторым входами блока управления, адресные входы с пятого по десятый подключены к соответствующим выходам второго регистра, информационные входы которого подключены соответственно к выходам постоянного запоминающего устройства с десятого по пятнадцатый, первый управляющий вход является пятым входом блока управления, второй управляющий вход подключен к прямому выходу генератора тактовых импульсов, инверсный выход которого подключен к управляющему входу первого регистра, выходы с первого по девятый которого являются соответственно четвертым, первым, пятым, третьим, восьмым, девятым, шестым и седьмым выходами блока управления.279064 Фиа 5 шиковКорр оставитель В.Пехред А.Кравчук В,Бутя едактор С.П арь 4/5 кая н Производственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород, ул. Проектная,каз 6854/58 Тираж 816ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений113035, Москва, Ж, Раув Подпитета СССРткрытий