Аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием в частоту

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) 111 4147 А об 14 Н 03 И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научтельский институт эл(54) АНАП ТЕЛЬ С П В ЧАСТОТ (57) Изо ной техн ится к импульс ости, к преобетение отн е, ивчас я в цифровоильзовано в устовой информациистем контролянных на основеычиспительной м напряжен зова д и может быт п а анало роиствах автомати и управл средств ованных я выпол авляющей ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЭОВАОМЕЖУТОЧН М ПРЕОБРАЭОВАНИЕЧ техники. Изобретение позволяет повысить точность преобразования, Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий резистивный делитель 8 напряжения, ключи 10,11,преобразователь 7 напряжения в частоту, элементы И 22,23, элементы ИЛИ 25,26, счетчик 13 старших разрядов и счетчик 1 4 младших разрядов, цифроаналоговый преобразователь 9, блок 19 управления, введены реверсивный счетчик 16 импульсов, временной компаратор 17, блок 18 коррекции временного интервала, дешифратор 27, элемент И 24, делитель 28 частоты, ключ 12, формирователи 20,21 импульсов. Благо- Ж даря введенным блокам выполияется подстройка коэффициента преобразования преобразователя 7, исключающая ( влияние его погрешностей на окончательный результат преобразования, и тем самым повышается точность работы.3 з.п. ф-лы. 5 ил.ФийИзобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код спромежуточным преобразованием в частоту импульсов.Цель изобретения - повышение точностиНа фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого аналого-циф Орового преобразователя; на фиг, 2Функциональная схема временногокомпаратора; на Фиг. 3 - функциональная схема. блока коррекции временного интервала; на фиг. 4 - 15Функциональная схема блока управления; на Фиг. 5 - временные ди аграммы, поясняющие работу аналогоцифрового преобразователя,Аналого-циФровой преобразователь 20(АЦП) содержит шины 1 и 2 преобразуемого Уи опорного П напряжений, шины 3 и 4 соответственно синхронизации и пуска, шины 5 кода временипреобразования, шины 6 кода резуль - 25тата преобразования, преобразователь7 напряжение - частота, резистивныйделитель 8 напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, ключи10 - 12, счетчик 13 старших разрядов ЗОи счетчик 14 младших разрядов, регистр 15, реверсивный счетчик 1 б,временной компаратор 17, блок 18 коррекции временного интервала, блок 19управления, формирователи 20 и 21импульсов, элементы И 22 - 24, элементы ИЛИ 25 и 26, дешифратор 27 иделитель 28 частоты.Дешифратор 27 содержит с первогопо четвертый выходы, сигналы на кото Орых соответствуют следующим кодам вступени счетчика 13: (И-); 0,2; И,Временной компаратор 17 содержиттриггеры 29 - 31, одновибратор 32,формирователя 33 и 34 импульсов,элементы И 35 и 36 и элемент ИЛИ 37. Блок 18 коррекции временного интервала содержит реверсивный счетчик 38, инвертор 39, формирователя 40 и 41 импульсов, элемент И 42 и элементы ИЛИ 43 - 45.Блок 19 управления содержит счетчик 46 импульсов, работающий на вычитание, триггер 47, элемент 48 задержки, формирующий сигнал через некоторое время после включения питания, Формирователь 49 импульсов, элемент И 50 и элемент ИЛИ 51,На временных диаграммах обозначены: 52 - импульсы синхронизации, имеющие частоту Г ; 53 - импульсы на выходе делителя 28; 54 - импульсы на выходе элемента И 22; 55 - сигналы на выходе элемента ИЛИ 43; 56 - выходные импульсы компаратора 17; 57 импульс пуска АЦП в работу; 58 - сигнал "1" на выходе триггера 47; 59 импульсы на выходе элемента И 23;60 - импульс записи результирующего кода в регистр 15.Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) работает следующим образом.При включении напряжения питания элемент 48 задержки через некоторое время Формирует сигнал, который устанавливает в "0" триггер 47, а его сигнал с 0-выхода осуществляет: с помощью, ключа 11 подключение опорного напряжения П на вход преобразователя 7, с помощью элемента И 22 подачу импульсов У на счетный вход счетчика 13 с выхода преобразователя 7 (через элемент ИЛИ 25), с помощью элемента И 24 подачу пересчитанных на Я делителем 28 частоты импульсов 52 синхронизации, имеющих частоту Г , на вход формирователя 20, Его выьфходные импульсы устанавливают код равный цО", в счетчике3 (через элемент ИЛИ 26) и в счетчике 38.Начиная с этого импульса за время= Я/Г выполняется проверка прас свильности настройки коэффициента К = К преобразователя 7, обеспечивающего равенство У = рГ путем сравнения Се с временем СБр= -= --- при помощи компаратоора 17.При С Ф Скомпаратор 17 Формирует сигналы на изменение на единицу кода в счетчике 16, который управляет ЦАП 9, Измененное выходное напряжение ЦАП 9, равное 1(С; ) = 1(С; 1 й Уц, где 1, - квант ЦАП, с помощью ключа 12 будет подключаться на вычитающий вход преобразователя 7 в течение длительности С его выходного импульса и тем самым изменять его выходную частоту. Если до подстройкито после изменения напряжения ЦАП:144 Ц 7+ГЦ 1 С 7+Ц1х - Таким образом, выполняется подстройка К преобразователя 7, обеспе- (чинающая величину К = К.Процесс подстройки после включения питания и при отсустнии о началепреобразования выполняется с каждымимпульсом 53, в результате чего под- .держивается равенство Р = р , согласно которому величина подстроенного коэффициента К будет равна Ко =сППодстройка выполняется за времяС , равное периоду повторения импульсон 53 с выхода делителя 28. В процессе подстройки интервал времени Сформируется с помощью ступени счетчика 13 и дешифратора 27, у которогоокончание выходного сигнала на выходе, соответствующего коду величинойИ(И), означает что СФр фОНо из-за отсутствия синхронизациимежду Г и Р, первый импульс Р может поступить н счетчик 13 черезвремя С меньшее 1/Г , после начаофла С. Поэтому н этом случае необходимо увеличить С, что реализует .блок 18,В блоке 18 (после установки в "0"счетчика 38) через элемент ИЛИ 44задним фронтом импульса (начинаяс С) запускается Формирователь 41,выходной импульс С, которого через.элемент И 42, открытый сигналом с"0"-выхода триггера 47, задним фронтом запускает формирователь 40. Еговьходной импульс Споступает насчетчик 38 и задним Фронтом запускает через элемент ИЛИ 44 формирователь 41, Такая работа продолжаетсяв течение времени С действия первого импульса 55, соответствующего коду "О" в ступени счетчика 13 и сигналу на втором выходе дешифратора 27.С появлением (в течение С) первого импульса Р в счетчике 13 устанавливается код, равный 1, а соответствующий ему сигнал не используется,в результате чего инвертор 39 запрещает в течение времени С прохождение импульсов от формирователя 40 через элемент ИЛИ 44, Накопленный за 1479авремя С, и счетчике 38 код будет равен ш, - , где Сц = С +ф 2С фюзиС приходом второго импульса Ув счетчике 13 устанавливается код,равный 2, и соответствующий ему сигнал с третьего выхода дешифратора 2710 включает в счетчике 38 режим вычитания. Этот сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 43 (второй импульс 55) наинвертор 39, через элемент ИЛИ 44 запускает Формирователь 41, а затем15 формирователь 40, в результате чегов сче 1 чик 38 начнут поступать импульсы, которые будут вычитаться из кодаш (в течение времени С = -- -) доо у20 прихода третьего импульса У, . За этовремя в счетчик 38 поступит ш имопульсов и останется код ш = ш,с, -с.- ш = --- , при этом ш (Оф 12- ф( 325 так как С,С . Если ш с О, то встаршем разряде счетчика 38 установится "1" и этот сигнал через элемент ИЛИ 45 поступит на выход блока 18,30 Код ш, будет храниться в счетчике 38 до окончания С, т.е. покав счетчик 3 не поступит И импульсов Р, после окончания последнегоиз них сигнал с четвертого выходаЗ 5 дешифратсра 27 (третий импульс 55),соответствующий коду И в счетчике13, вновь запускает формирователи41 и 40, в результате чего в счетчике 38 код шбудет увеличйваться40 до нуля. Это произойдет через времяш зс р а= (ш о - ш 1 ) С, . В моментокончания времени С э старший Разрядсчетчика 38 установится в "О", сня- .тие этого сигнала на выходе блока 1845 означает, что закончился интервалвремени С с выполненной коррекци- .яей. Величина СравнаС = С, + С,(11-1) + С, = 50 = С, +С (Б- ) + (ш-ш )9БоилиС: р, Я/Г, = С. 55 Когда С, = С , то величина ш, = 0 и Сдолжен заканчиваться после прохождения И импульсов Р . Для этого сигнал с первого выхода дешиф" ратора 27, соответствующий коду(И) в счетчике 13, подается наэлемент ИЛИ 45 и по его заднему. Фронту определяется окончание С,Сравнение С с и С выполняетвременной компярятор 17, Если окончание Сс сигнала 53; поступающего навторой вход временного компаратора17, произойдет раньше окончаниясигналя, поступавшего на его первыйвход (это происходит при более низкой частоте преобразователя 7 посравнению с Г , т.е. при К с Ко),то триггеры 29 - 31 будут находитьсяв состоянии н 0, тяк они были установлены в предыдущем такте настройки, в результате чего через элементы И 35 и ИЛИ 37 на второй выход временного компараторя 17 пройдет сигнал 53, и ня первый выход - сигнал"0" с выходя триггера 31, Эти сигналы в счетчике 16 уменьшат код на единицу, что изменит выходной сигналЦАП 9, равный 1(С 1+, ) = У(С; )+11 А,который в преобразователе 7 увеличиткоэФФициент К и его выходную частоту. Благодаря этому в следующем такте настройки интервал времени Сябудет уменьшен,Если окончание С происходит доокончания С , то преобразователь 7сфимеет более высокую частоту, чем У 1,т.е. КК, в результате чего по заднему Фронту сигнала (временного интервала С) устанавливается в "1"триггер 30 и последовательно запускаются Формирователи 34 и 33, устанавливающие в "1" триггеры 29 и 31.Окончание Сс, приводит к прохождению сигнала 53 через .элементы И 36 и ИЛИ 37на второй выход временного компаратора 17, я ня его первом выходе сигналбудет отсутствовать, так как триггер31 находится в "1". В счетчике 16 кодбудет увеличен на единицу, в результате чего изменится выходной сигналЦАП 9, равный 11(С;+1 ) = Цк(С )11 Ь,который уменьшит К преобразователя 7и его выходную частоту, а это означает, что Св следующем такте подстройки будет увеличено,Процесс подстройки К преобразователя 7 будет выполняться до тех пор,пока окончание С не будет происхосдить в течение интервала времени Ст,когда действуют импульсы Формирователей 34 и 33 (С = 2 С) и триггер30 установлен в "1", а триггер 29Х = К 11 т:11о х т ив к г11 111-1 о Пгде 11 - квант АЦП, зависящий от величийы с 1 (при о = 1 - п,11изменяется от 11 Ор до 11 срЧ 55 еше находится в "0". В этом случаеимпульс 53 через элементы И 35 и 36не пройдет, т,е. код в счетчике 165 не изменяется так кяк К Ко и Еор 1Каждый такт подстройки К заканчивается установкой в "0" триггеров29 - 31 с помощью одновибратора 32 и10 0 установкой кода, равного 0, всчетчике 13 импульсом с Формирователя 20 через элемент ИЛИ 26,Подстройка К выполняется послеокончания очередного импульса 53, ес 15 ли нет сигнала 57 начала преобразования, и после окончания очередногопреобразования. Сигнал 57 приходитсинхронно с импульсом 53. Когда заканчивается подстройка К, он устанавли 20 вает в "О" счетчик 14 и регистр 15,в "1" триггер 47 и записывает код 9с кодовых входов в счетчик 46,Величина с 1 определяет время выполнения преобразования, равное Т/Г , которое Формируется счетчиком 46, работающим на вычитание иимеющем входные импульсы 52, проходящие через элемент И 50, открытый сигналом 58, т.е. сигналом "1" на выхоЭО де триггера 47, Этот же сигнал подключает с помощью ключа 10 входноенапряжение 1, прошедшее через резистивный делитель Я, на суммирующийвход преобразователя 7, в результате35 чего выходные импульсы 59 частотыГ проходят через элемент И 23, открытый сигналом 58, на счетный входсчетчика 14. Преобразование заканчивается по коду "0" в счетчике 46,ко 40 торый снимает сигнал с выхода элемента ИЛИ 51 и устанавливает "О" в триггере 47, По заднему Фронту сигнала58 запускается Формировател 49, сигнал 60 которого записывает в регистр45 15 код счетчика 13 и через Формирователь 21 и элемент ИЛИ 26 устанавливает в последнем и в счетчике 38 коды, равные "0". Начинается очереднойтакт подстройки К преобразователемо50 7, а на шинах 6 находится код результата преобразования:41479 45 50 55 7 1411 о- последняя величина соот 11 оветствует наименьшему кванту при наивысшей разрешающей способности, равной 1/И ) .При преобразовании максимального входного сигналя= П с разрешающей способностью 1711 будет полу очен результат У, = 11 пэтому общая емкость счетчиков 13 и 14 должна быть не менее этой величины,Результат преобразования Х не со 1 держит составлянщипогрешностей от К и Е и Т, и Т, имеющих место в прототипе, что повышает точность предлагаемого АПП. Формула изобретения 1, Аналого-циФровой преобразователь с промежуточным преобразованием в частоту, содержащий делитель напряжения, вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого объединен с выходом второго клича и, соединен с суммирунщим входом преобразователя напряжение - частота, цифроаналоговый преобразователь, вход опорного напряжения которого является шиной опорного напряжения, первый и второй эл:менты 11, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока управления, счетчик импульсов, состоящий из счетчика младших и счетчика старших разрядов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика младших разрядов, выход второго элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика младших разрядов, инйормяциойные выходы которого являются соответствующими первыми выходными шинами, выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика старших разрядов, регистр, информационные входы которого поразрядно соединены с выходами счетчика старших разрядов, второй элемент ИЛИ, о т л и ч я н щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены делитель частоты, третий элемент И, третий ключ, первый и второй Формирователи импульсов, реверсивный счетчик,.импульсов, временной компаратор, блок коррекции временного интервала, дешифратор, вход первого Формирователя импульсов соединен с выходом третьего элемента И,выход соединен с первым входом второгоэлемента ИЛИ, второй вход которогочерез второй формирователь импульсов объединен с входом записи регистра и соединен с третьим учравлянщим выходом блока управления, выходырегистра являются вторыми выходнымишинами, выход второго элемента ИЛИсоединены с входом установки в 0счетчика старших разрядов и с входомустановки в исходное состояние блокакоррекции временного интервала, управляющий вход которого объединенс управляющим входом второго ключа,первым входом третьего элемента И исоединен с вторым управляющим выходомблока управления, второй вход третье-.го элемента И объединен с первым входом временного компарятора и черезделитель частоты соединен с входомсинхронизации блока управления, входсинхронизации блока управления является шиной синхронизации, вход Пускблока управления объединен с входамиустановки вО счетчика младшихразрядов и регистра и является шиной"Пуск", кодовые входы блока управления являются, соответственно шинамикода времени преобразования, первыйуправляющий выход блока управлениясоединен с управляющим входом первогоключа, информационные входы циФроаналогового преобразователя поразрядносоединены с выходами реверсивногосчетчика импульсов, а выход через. 5 10 15 20 25 30 35 40. третий ключ соединен с вычитающим входом преобразователя напряжения вчастоту, выход которого соединен свторыми входами первого и второгоэлементов И и управляющим входомтретьего ключа, первьгй и второй выходы временного компаратора соединены соответственно с входом управления режимом вычитания и со счетнымвходом реверсивного счетчика импульсов, второй вход временного компаратора соединен с выходом блока коррекции временного интервала, первый,второй, третий и четвертый импульсныевходы которого соединены с соответствующими выходами дешиФратора, входыкоторого соединены с соответствующими выходами счетчика старших разрядов, информационный вход второго клн 144149ча является шинок опорного напряжения.2, Преобразователь по и.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем что временУ5ной компаратор выполнен на трех триггерах, одновибраторе, двух формирователях импульсов, двух элементах И,элементе ИЛИ, выход которого является вторым выходом временного компара- Отора, первый и второй входы элементаИЛИ соединены соответственно, с выходами первого и второго элементов И;первые входы которых объединены и являются первым входом временного компаратора, вторые входы первого и второго элементов И соединены,соответственно, с прямым н инверсным выходами первого триггера, третьи входыпервого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера,входы установки в "О" первого,второго и третьего триггеров объединеныи соединены с выходом одновибратора, 25вход которого объединен с входом установки в "1" первого триггера и через первый формирователь импульсовсоединен с выходом второго формирователя импульсов и входом установки в Зри1 третьего триггера, прямой выходкоторого является первым выходом временного компаратора, вторым входомкоторого является вход установки вп 1 н второго триггера и вход второго35Формирователя импульсов,3. Преобразователь по п.1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блоккоррекции временного интервала выполнен на реверсивном счетчике импуль Осов, двух Формирователях импульсов,инверторе, трех элементах ИЛИ, элементе И, первый вход которого является управляющим входом блока, выходи вход установки в исходное состояние которого являются, соответственно выходом первого элемента ИЛИ ивходом установки в "О" реверсивногосчетчика импульсов, объединенным спервым входом второго элемента ИЛИ,первый импульсный вход блока являет" 79 Ося первым входом первого элементаИЛИ, второй, третий и четвертый импульсные входы блока являются соответственно первым, вторым и третьимвходами третьего элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с входом управления режимом вычитания реверсивного счетчика импульсов, а выход через инвертор соединен с вторымвходом второго элемента ИЛИ, третийвход которого объединен со счетнымвходом реверсивного счетчика импульсов и через первый формирователь импульсов соединен с выходом элементаИ, второй вход которого через второйформирователь импульсов соединен свыходом второго элемента ИЛИ, выходстаршего разряда реверсивного счетчика импульсов соединен с вторым входомпервого элемента ИЛИ,4. Преобразователь по и.1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на счетчике импульсов, триггере, элементе задержки, формирователе импульсов, элементе И и элементе ИЛИ, входы которогосоединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход - свходом установки в 0 триггера,прямой выход которого является вторымуправляющим выходом блока, первым управляющим выходом которого являетсяреверсивный выход триггера, соединенный с первым входом элемента И и входом Формирователя импульсов, выходкоторого является третьим управляющим выходом блока, кодовые входы которого являются соответствующими инФормационными входами счетчика импульсов, вход записи кода которогообъединен с входом установки в "1"триггера и является входом "Пуск"блока, вход синхронизации которогоявляется вторым входом элемента И,выход которого соединен со счетнымвходом счетчика импульсов, вход устанонки в начальное состояние триггерасоединен с выходом элемента задержки, вход которого является шиной .питания,ефеебО Составитель А,ТитовТехред И,Дидык Редактор А.Ревин Корректор ВБутяга Заказ 6295/56 Тираж 929 Подписное ВЖ 1 И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий