Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 14 03 М 1/60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР В 1132357, кл. Н 03 Х 1/60, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1398097, кл, Н 03 Ы 1/60, 1986.(57) Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и можетбыть использовано в системах сбора данных для контроля параметров образцовых источников, Изобретениепозволяет повысить быстродействиеустройства. Это достигается тем, чтов аналого-цифровой преобразователь,содержащий преобразователь 1 напряжения в частоту, генератор 8 такта"вых импульсов, блок 7 управления,блок 4 постоянной памяти, адресныйсчетчик 5, блок 3 сравнения кодовсчетчик 2 тактовых импульсов, регистр 6, введены преобразователь 9напряжения в частоту, блок 10 смещения, адресный счетчик 14, блок 13постоянной памяти, блок 15 управления, блок 12 сравнения кодов, счетчик11 тактовых импульсов, элементы ИЛИ16,17,18, элемент ИЛИ-НЕ 19, элементИ-НЕ 20. 2 з.п, ф-лы, 5 ил,Изобретение относится к информа -ционно-измерительной технике и пред"назначено для использования в системах сбора и обработки информацииразличного назначения в системахавтоматического управления и регулирования.Целью изобретения является повышение быстродействия,На фиг.1 приведена Функциональнаясхема устройства; на Фин.2 - функциональная схема блока смещения;на фиг.З - функциональная схема блокауправления; на Фиг.4 - Функциональные 5схемы первого и второго преобразователей напряжения в частоту; нафиг.5 - временные диаграммы работыустройс:" ва,Аналого-цифровой преобразователь20содержит преобразовательнапряжения в частоту, счетчик 2 тактовыхимпульсов, блок 3 сравнения кодов,блок 4 постоянной памяти, адресныйсчетчик 5, регистр 6, блок 7 управления, генератор 8 тактовых импульсов,преобразователь 9 напряжения в часто-,ту, блок 1 О смещения, счетчик 11тактовых импульсов, блок 12 сравнения 30кодов, блок 13 постоянной памяти,адресный счетчик 14, блок 15 управления, элементы ИЛИ 16-18 элемент ИЛИНЕ 19, элемент И-НЕ 20, выходныешины 21 и 22 генератора тактовыхимпульсов, входную шину 23, шину 24запуска, выходную шину 25 преобразова- .теля, выходную шину 26 преобразователя 9, шины 27 и 28 сброса преобразователей 1 и 9, выходную шину 29 блока 404, выходную шину ЗО блока шины 31-35 .управления блока 7 управления, шину36 конца преобразования, шину 37сбоя, выходную шину 38 блока 13,выходную шину 39 блока 12 сравнения,шины 40-44 управления блока 15 управления,Блок 10 (фиг.2) содержит резисторы45 и конденсатор 46,"Блок 7 управления (фиг.З) содержитэлементы НЕ 47 - 51, элементы И 52 "61, элемент ИЛИ 62.Первый и второй преобразователинапряжения в частоту (фиг,4) содержатрезистор 63, конден.сатор 64, ключ 65,55операционные усилители 66 и 67, Птриггер 68, источник 69 тока, ВЯтриггер 70, П триггеры 71, 72 и 73,элемент И 74 и ключ 75. Во втором преобразователе напряжения в частотунеинвертирующий вход усилителя 66является пятым входом преобразователя,На фиг.5 обозначено; а, б - тактовые импульсы соответственно на выходных шинах 21 и 22; в,г,д,есигналы на шинах управления 31-35соответственно; ж,з,и,к - соответственно сигналы на шинах управления40-44; лм,н,о,п - соответственносигналы на выходах элементов 19-20;р " сигналы на входах регистра 6; с,т - соответственно сигналы на выходахблоков 4 и 13: у, ф - сигналы навыходах адресных счетчиков 5 и 14.Работа устройства может быть рассмотрена как одновременное функционирование двух идентичных параллель-.но включенных аналого-цифровых преобразователей, на вход одного из которых подается аналоговый сигнал П ,а на вход другого. - сигнал П+4 я(я " шаг квантования АЦП),Преобразователь, на входе которогоустановлен сигнал У , соответствуЮщий значени; кода ш, и преобразователь, на входе которого установленсигнал П+ 4 я, соответствующийзначению кода ш+4, работает аналогично. При этом на первой группе выходов блока 13 в тех случаях, когдана ней присутствует выходной код,хранится значение кодов ш,Если последовательность на выходепреобразователя 9 соответствует зна-.чению кода ш+4, то из блока 13 в регистр 6 записывается код ш, соответствующий сигналу Уна входе устройства. С помощью элементов 16-20 осу-,ществляется выбор минимального извремени определения кодов ш или ш+4и управление всем устройством вцелом.Пусть, например, на входной шине23 устройства установлен аналоговыйсигнал П , соответствукщий значениюкода ш=64.,При этом на выходе преобразователя 1 Формируется последовательность импульсов, соответствующихкоду щ =- 64, а на выходе преобразователя 9 - последовательность соответствующая коду щ+64=68, Время определения значения кода 64 больше времениопределения значения кода 68; код 64определяется в 68-и тактовом интер"вале, а код 68 - в 19-м тактовом интервале. В этом случае в 19-м тактоз 14624вом интервале на шине 43 формируетсясигнал "1", на шине 42 - сигнал "0",на шине 36 - сигнал "0" (фиг.5 и,з,п,фрагмент 1), При этом на шине 34 присутствует сигнал 0, а на шине 33сигнал "1" (фиг,5 д, г, фрагмен г 1),на шинах 31,35, 40 и 44 - сигнал "0"(фиг.5 и) появляется сигнал "1" навыходе элемента 16 (фиг.5 м). Происходит блокировка блока 4: выходы бло"ка 4 устанавливаются в единичноесостояние (выходы постоянного запоминающего устройства блока 4 с открытымколлектором, фиг.5 с), При этом навыходе элемента 19 формируется сигнал "0" (фиг.5 л),а на информационныхвходах регистра 6 присутствует кодс первой группы выходов блока 13(для рассматриваемого примера - код64). По сигналу "1" на выходе элемента 19 (фиг.5 л) происходит записькода 64, соответствующего входному 25аналоговому сигналу П на вхоДнойшине 23, в регистр 6 (фиг. 5 о),Сигнал 0" окончания преобразованияустройства на шине 36 поступает впреобразователи 1 и 9 (фиг.1), Появ- ЗОляются сигналы обнуления интеграторовпреобразователей 1 и 9 (фиг.4). Поступление импульсов по выходным шинам25 и 26 прекращается, а на выходахрегистра 6 присутствует код, соотЗБветствующий входному аналоговому:сигналу. Дпя рассматриваемого примера,определения кода 64 время преобразования при .использовании двух преоб-,разователей напряжения в частотусокращается в 3,6 раза,Работа, устройства в случае, когдав одном из аналого-циФровых преобразователей, например во втором, выполняется обращение по адресу, код 45которого присутствует на первойгруппе выходов блока 13, проиллюстрирована диаграммами фиг.5, фрагмент11.С появлением сигнала 1 на шине 5040 управления (фиг. 5 ж) появляетсясигнал на вход е элемента 16(фиг.5 м) и происходит блокировкаблока 4: выходы блока 4 переводятсяв единичное состояние (фиг.5 с). Приэтом яа информационных входах адресного сче гчика 14 установлен код с первой группы выходов блока 13, соответствующий новому адресу обращения к 82 4ПЗУ блока 13 По сигналу "0" на шине,40 управления (фиг.5 ж) информацияс информационных входов адресногосчетчика 4 передается на его выходы(фиг.5 ф) и происходит обращениек ПЗУ блока 13 по новому адресу(фиг.5 т).Работа устройства в случае, когдав одном (по порядковому номерутактеу обоих аналого-цифровых преобразователей формируются сигналы "0" окончания преобразования (шины 33, 42,.фиг,5 г, з), проиллюстрирована временными диаграммами (фиг.5, фрагмент111),В этом случае на шинах 34 и 43формируются сигналы "1" (фиг.5 д, и)соответственно по фронтам тактовыхимпульсоь на шинах 21 и 22 (фиг.5 а,б), а на шинах 33, 42 - сигналы "0"(фиг.5 г, з). При этом на шинах 31,35, 40 и 44 присутствует сигнал "О"(фиг.5 з) на выходе элемента 17 появляется уровень "1" (фиг. 5 н). Происходит блокировка блока 13 (фиг.5 т),При этом на выходе элемента 19 формируется сигнал "0" (фиг.5 л), а наинформационных входах регистра 6 присутствует код, соответствующий входному сигналу с первой группы выходовблока 4, По сигналу "1" на выходеэлемента 19 (фиг.5 л) происходитзапись кода в регистр 6 (фиг.5 р),В этом же по порядковому номеру ттовом интервале с появлениемсигнала "1" на шине 43 (фиг,5 и)появляется сигнал на выходе элемента 16 (фиг, 5 м), Происходитблокировка блока 4 (фиг.5 с), Приэтом на выходе элемента 19 формируется сигнал "0" (фиг.5, л), ана информационных входах регистра 6присутствует код с первой группы вы"ходов блока 13, который также соответствует входному сигналу (т.е. вэтом случае коды на первых группахвыходов блоков 4 и 13 совпадают),По сигналу на выходе элемента19 (фиг.5 л) происходит запись кодав регистр 6 (фиг.5 р). Таким образом, произойдет двухкратная записьодного и того же кода в регистр 6.По сигналам "0" на шинах 33 или 42формируется сигнал окончания преобразования устройства на шине 36, поступающий в преобразователи 1 и 9(Фиг.1). При этом сигнал "0" нашине 36, сформированный, напримерпо сигналу "О" на шине 33, появившемуся раньше, чем сигнал "0" на шине42, не влияет на работу устройствав таком режиме, поскольку адреса обращения к блокам 4 и 13 формируютсядо появления сигналов на шинах 33 и42, т,е. в предыдущем такте. 10Работа устройства в случае, когдав одном (по порядковому номеру) такте в обоих аналого-циФровых преобразователях выполняется обращение поадресам, коды которых присутствуют 15на первых группах выходов блоков 4 и13, проиллюстрирована временнымидиаграммами фиг.5, фрагмент 17,В этом случае с приходом тактовыхимпульссз на шины 21 и 22 на шинах 2031 и 40 Формируются сигналы "1"(фиг.5 в,ж). С приходом сигнала "1"на шину 31 (фиг.5 в) появляетсясигнал "1" на выходе элемента 17(фиг.5 н) и происходит блокировка 25блока 13 (фиг5 т). При этом на информационных входах адресного счетчика 5 установлен код с первойгруппы выходов блока 4, соответствующий новому адресу обращения к ПЗУ 30блока 4. Поф сигналу 0 на шине управления 31 (Фиг.5 в) информация синформационных входов адресногосчетчика 5 передается на его выходы(фиг.5 у) н происходит обращение кПЗУ блоха 4 по новому адресу(фиг.5 с). На выходах адресного счетчика 14 при этом присутствует код,соответствующий адресу предыдущего обращения к блоку 13 (Фиг.5 ф). В1 этом же по порядковому номеру тактовом интервале с приходом сигнала "1" на шину 40 управления (фиг.5 ж) появляется сигнал "1" на выходе эле 45 мента 16 (Фиг.5 м), и происходит блокировка блока 4 (Фиг.5 с). Проф этом на информационных входах адрес . ного счетчика 14 установлен код с первой группы выходов блока 13 соот 150 ветствующий новому адресу обращения к ПЗУ блока 13. По сигналу "0" на шине 40 управления (фиг.5 ж) информация с информационных входов адресного счетчика 14 передается на его выходы (фиг.5 Ф) и происходит обращение к ПЗУ блока 13 по новому адресу (фиг.5 т). При этом на выходах адресного счетчикэ 5 присутствует код, соответствукший адресу предыдушего обращения к блоку 4 (фиг.5 у),Пример формирования сигнала сбоя устройства на шине 37 (фиг.5 о) при наличии сбоя хотя бы у одного из аналого-цифровых преобразователей, например у первого преобразователя (фиг.5 е), представлен на фиг,5 фрагмент 7.С появлением сигнала "1" хотя бы на одной из шин управления 35 или 44 (фиг,5 е,к) форсируется сигнал "1" на выходе элемента 18 (фиг.5 о), характеризующий сбой устройстваРабота устройства начинается с прихода нулевого сигнала запуска на шину 24. При поступлении нулевых тактовых импульсов по выходным шинам 21 и 22 на шинах 27 и 28 формируются сигналы сброса (нулевые), длительность которых равна периоду тактовых импульсов. По сигналам сброса на шине 27 устанавливаются в "0" счетчик 2, адресный счетчик 5, регистр 6 и 0- триггер преобразователя 1. По сигналу сброса на шине 28 устанавливаются в "О" счетчик 11, адресный счетчик 14 и Э-триггер 58 преобразователя 9, Все возможные Случаи взаимодействия обоих аналого-цифровых преобразователей описаны выше. Повышение быстродействия достига"ется путем использования специфическо.го характера зависимости временипреобразования от входного сигнала.Эта зависимость имеет характер,близкий к периодическому, что позволяет, используя два аналогичныхпреобразователя с таким сдвигом повходному сигналу, чтобы пики харак-теристики одного преобразователясовмещались с провалами характеристики другого преобразователя, получитьболее чем двукратное повышение быстродействия устройства. Величинасдвига в квантах выбирается иэ условия максимального выигрыша в быстродействии и прямо пропорциональна разрядности аналого-циФрового преобразователя, Например, для 0 7 по сравнению с прототипом максимальное время преобразования сокращается в 5 раз,При этом 98,4 Е кодов определяются вустройстве меньше чем за 37 , ав известном устройстве - меньше, чемэа 86 Г (- период тактовых импульсов),1Формула изобретения 1.Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с тактовым входом первого счетчикатактовых импульсов, с первым входом первого преобразователя напряжения в частоту и с первым входом первого блока. управления, второй вход которого соединен с первым выходом перво-. го преобразователя напряжения в частоту, третий вход соединен с выходом первого блока сравнения кодов, четвертый вход соединен с выходом первого блока постоянной памяти, а первый и второй выходы первого блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими вхо" дачи первого адресного счетчика, вход сброса которого соединен с вторым выходом первого преобразователя напряжения в частоту, входами сброса первого счетчика тактовых импульсов 25 и регистра, информационные входы ко торого объединены с соответствующими информационными входами первого адресного счетчика и соединены с соответствующими выходами первой группы ЗО выходов первого блока постоянной памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами первого адресного счетчика,.вторая группа выходов первого блока постоянной памяти соответственно соедине-, на с первой группой входов первого блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами первого счетчикатактовых импульсов, второй вход первого преобразователя напряжения вчастоту является входной шиной, третий вход является шиной запуска,выходы регистра являются выходнымишинами, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй преобразователь напряжения в частоту, второй блок постоянной памяти, второйадресный счетчик, второй блок управления, второй блок сравнения кодов,второй счетчик тактовых им -пульсов, блок смещения три элементаИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ элемент И-НЕ,первый вход которого соединен стретьим выходи первого блока управления а выход соединен с четвертым входом первого преобразователя напряжения в частоту и является шиной конца пре - образования, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго блока управления, тактовым входом второго счетчика тактовых импульсов и первым входом второго преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого является входной шиной, третий и четвертый входы объединены соответственно с третьим и четвертым входами первого преобразователя напряжения в частоту пятый вход соединен с выходом блока смещения, первый выход второго преобразователя напряжения в частоту соединен с вторым входом второго блока управления, второй выход - с входами сброса второго адресного счетчика и второго счетчика тактовых импульсов, причем третич вход второго .блока управления соединен с выходом второго блока сравнения кодов, первый выход - с первым входом первого элемента ИЛИ и первым управляющим входом второго адресного счетчика,вто" рой выход - с вторым управляющим входомвторого адресного счетчика, управляющий вход регистра соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и соединен с четвертым выходом первого блока управ . ления, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с первым выходом первого блока управления, а выход соединен с управляющим входом второго блока постоянной памяти, первая груп па выходов которого соединена с соответствующими информационными входа; ми регистра и второго адресного счетчика, выходы которого соединены с адресными входами блока постоянной памяти, вторая группа выходов которого соединена соответственно с перврй группой выходов второго блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами второго счетчика тактовых импульсов, выход второго блока постоянной памяти соединен с четвертым входом второго блока управления, третий выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, четвертый выход соединен с вторыми входами первого элемента ИЛИ и элемента ИЛИНЕ, пятый выход соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с пятым выхо 14 б 2482дом первого блока управления, а выход является линией сбоя, выкод первого элемента ИЛИ соединен с управляющим входом первого блока постоянной памяти.Б2. Аналого-цифровой преобразователь па п.1, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый блок управления выполнен на пяти элементах НГ, десяти элементах И и элементе ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока, первый и второй входы соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые 1 Б входы которых объединены с первыми, входами третьего четвертого и пятого элементов И и соединены с выходом первого элемента НЕ, вторые входы первого второго, третьего, четверто О го и пятого элементов И соединены соответственно с выходами шестого, седьмого, восьмого, девятого н десятого элементов И, первый, четвертый, третий и второй входы блока являются 2 Б соответственно входами первого, втаФ рого, третьего и четвертого элементов НЕ, входы которых объединены с первыми входами десятого, шестого и девятого элементов И, выход четверто го элемента НЕ соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И. вторые входы которых объедине" ны с вторыми входами девятого и деся того элементов И и входом третьего элемента НЕ, третий вход десятого элемента И объединен с третьим входом сельмага элемента И и входом второго элемента НЕ, выход которогосоединен с третьими входами восьмо га и девятого элементов И, выходтретьего элемента НЕ соединен с вторым входам шестого элемента И, выход нятога элемента И соединен с входом пятого элемента НЕ и является четвер Б тым выходам блока, третьим, вторым и первым выходами блока являютсясоответственно выходы пятого элемента НЕ, третьего и четвертого .элементов И, Ба3, Аналого-цифровой преобразователь по и.1, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что первый преобразователь напряжения в частоту выполнен на резисторе, конденсаторе, двух ключах,двух операционных усилителях, источнике тока, четырех Э"триггерах, КЯтриггере, элементе И, первый входкоторого объединен с.С-входом первого Р-триггера и является первым входом преобразователя, второй входсоединен с инверсным выходом второгоП-триггера, а выход соединен с С"входом третьего Э-триггера, К-входкоторого объединен с К-вхадом второгоВ-триггера, 0-входом четвертого 0 триггера и соединен с прямым выходомКЯ-триггера, Э-вход третьего 0-триггера объединен с К-входом первогоВ-триггера, С-входом второго 0-триг-гера, соединен с инверсным выкодомтретьего Э-триггера и является вторым выходом блока, прямой выходпервого 0-триггера соединен с управляющим входом первого ключа и является первым выходом блока, информаци"онный вход первого ключа через источник тока соединен с шиной напряжения отрицательной полярности, выход первого ключа соединен с информационным входом второго ключа инвертирующим входом первого операционного усилителя, первой обкладкойконденсатора и первым выводом резистора, второй вывод которого являетсявторым входам блока, выход второгоключа объединен с второй обкладкойконденсатора, выходом первого операционного усилителя и соединен с инвертирующим входом второго операционногоусилителя, неинвертирующие входы перного и второго операционных усилителей являются шиной нулевого потенциала, выход второгс операционногоусилителя соединен с 0-входом первогоО-триггера, прямой выход третьегод-триггера соединен с С-вхадом четвертога Б-триггера, К-вход которогообъединен с К-входом КЯ-триггера иявляется третьим входом блока, ин"версный выход четвертого П-триггерасоединен с управляющим входом второго1462482 Составитель В,СолодоваРедактор Л,Веселовская Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар Подписное НИИПЯ НТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,101 3 736/56 Тираж 879 Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, етениям и открытияушская наб., д. 4/5