Следящий аналого-цифровой преобразователь

/4 1)5 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТ РЫТИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЙ АНАЛОГО-ЦИФРО ЕОь 7 2 90. Бю етение отно вычислитель тся к й тех кий инсти- ктябрьской ии п итехничеВеликой в сист т следов андостигазовател ескои ченко 5(088 революции А.А.Ла8) ется о Эсо- ого- налония, ан2, циф во СССР 1979.(54) СЛЕДЯ РАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобр тельной и жет быть и томатизаци вышение бы счет введе держащий б вый запоми говый прео пользовано научных и тродействи ия в преоб ок 1 сравн ающий блок измериике, мо" мах авий. По;счетчик 4, блок 5 фиксации знака, блок 6 управления, генератор 7 тактовых .импульсов, триггер 8, распределитель 9 импульсов, блок 10 угравления счетчиком, триггер 11, шину 12 "Сброс флага", шину 3 "Готовность", регистр 14, элемент 15 задержки, шину 16 "Пуск", блок 17 оценки скорости, второй триггер 8 и шину 19 входного сигнала, блока 20 рабочего кода, второго регистра 21, блока 22 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала, блока 23, дифференцирования. Повышение быстродействия основаНо на том, что для определения о еред Изобретение относится к аналогоЦифровым преобразователям (АЦП) и может быть использовано в измерительнойИ вычислительной технике, в системахавтоматизации научных исследований.Целью изобретения является повышение быстродействия.На фиг,1 представлена функциональная схема следящего аналого-цифрового 30преобразователя; на фиг.2 и 3 - соответственно блок управления и блоквыбо 1 а рабочего хода; на фиг.4 и 5временные диаграммы преобразованиясигнала в устройстве.35Следящий аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 сравнения,аналоговый запоминающий .блок 2, цифроаналоговый преобразователь 3, реверсивный счетчик 4, блок 5 фиксациизнака, блок 6 управления, генератор 7 тактовых импульсов, триггер Я,распределитель 9 импульсов, блок 10управления счетчиком, триггер 11,шину 12 "Сброс флага", шину 13.оценки скорости, триггер 18, шину 19входного сигнала, блок 20 выбора рабочего кода, регистр 21, блок 2250текущего усреднения скорости изменения входного сигнала, блок 23 дифференцирования,Блок 6 управления выполнен на55Р-триггерах 24-27 дешифраторе 28,инверторах 29-31, элементах И 32-37,элементах ИЛИ 38-41. ного значения изменяющегося входногосигнала достаточно испольэовать невсе принадлежащие найденному поддиапазону разряды реверсивного счетчика,а лишь некоторые ограниченные наборыразрядов, состав которых позволяетнаилучшим образом учесть характеристики входного сигнала и быстрее осуществить преобразование. Конкретный ограниченный набор разрядов выбираетсяв зависимости от текущего среднегозначения скорости изменения входногосигнала, при этом младший разряд реверсивного счетчика принадлежит всемрабочим наборам. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. Блок 20 выбора рабочего кода выполнен на элементах НЕ 42-45, элементах И 46-54, элементах ИЛИ 55-57.Блок фиксации знака в зависимости от нида сигнала, поступающего от блока сравнения, может быть реализован двумя путями.Если с блока сравнения приходит аналоговый сигнал, информативным параметром которого является знак (" стейшая реализация - триггер Шмитта,Если с блока сравнения приходит цифровой сигнал (1 или 0 - больше или меньше),то блок фиксации знака можно реализовать в виде обычного Э-триггера.Блок 10 управления счетчиком может быть выполнен в .виде блока стробируемых элементов И,. В качестве блока 22 текущего усреднения скорости изменения входного сигнала может быть использовано устройство для текущего усреднения электрического сигнала. В этом случае в качестве входа блока 22 используется вход преобразователя аналог-часто та устройства для текущего усреднения электрического сигнала, выходы подключены к блоку индикации того же устройства.Преобразователь работает следующимобразом.Перед началом работы сигналы начальной установки устанавливают триггеры 8,18 н 11 в нулевое состояние5 15946распределитель 9 импульсов - в любоесостояние, В регистр 14 заносится кодс единицей в одном из разрядов,в регистре 21 может находиться любойкод. Цепи начальнои установки не поч5казаны.С приходом сигнала "Пуск" производится переписывание содержимого регистра 14 в распределитель 9 импульсов. В регистре 21 запоминается код,соответствующий сигналам, снимаемымс выхода блока 22,в начальный моментэтот код может быть нулевым.На выходе блока 23 дифференцирова" 15ния постоянно вырабатывается сигнал,соответствующий скорости изменениявходного сигнала, в блоке 22 формиру-,ется код, соответствующий текущемусреднему значению скорости изменения 20входного сигнала (т.е. происходитскользящее усреднение скорости изменения входного сигнала за промежутоквремени заданной длительности). Посигналу "Запуск", вырабатывающемуся на 25выходе элемента 15 задержки, аналоговый запоминающий блок 2 запоминаеттекущее значение сигнала, триггеры 8и 18 устанавливаются в единичное сос"тояние, разрешая работу соответственно блока 6 управления и блока 17оценки скорости.После того как будет оценена скорость входного сигнала, по сигналу навыходе блока 17 оценки скорости в регистр 14 заносится оцененное значение скорости (код с единицей в одномиз разрядов), а также устанавливается в "0" триггер 18, прекращая работублока 17 оценки скорости. 40Блок 20 выбора рабочего кода под-.ключает выходы блока 10 управлениясчетчиком к счетным входам разрядовреверсивного счетчика 4 в зависимости от кода, хранящегося в регистре 21, 45при этом счетный вход младшего разряда реверсивного счетчика 4 всегдаподключен к младшему разряду распределителя 9 импульсов,В зависимости от режима реверсивного счетчика 4, устанавливаемого блоком 5 фиксации знака, блок 10 управления счетчиком по сигналу из блока 6управления вычитает или добавляет единицу в разряд реверсивного счетчика 4, 55. подключенный посредством блока 20 выбора рабочего кода к тому выходу блока 10, которому соответствует содержащий единицу разряд распределите 91 6ля 9 импульсов. Затем блок 6 управления осуществляет сдвиг вправо распределителя 9 импульсов, при условии, чтомладший разряд последнего не находит"ся в состоянии "1". Снова происходитвычитание или добавление единицы вочередной разряд реверсивного счетчика 4 с последующим сдвигом распределителя 9 импульсов вправо. Еслиже единица находится в младшем раз"ряде распределителя 9 импульсов,то блок б управления подает сигналына первом выходе .на изменение содержимого реверсивного счетчика 4 домомента чередования сигналов на выходе блока 5 фиксации знака, послечего на третьем выходе блока 6 управления появляется сигнал, устанавливающий в "О" триггер 8, прекращающийработу блока 6 управления, а такжеустанавливается в единичное состоянге триггер 11, на единичном выходекоторого появляется сигнал "ГотовностьДля перевода триггера 11 в нулевоесостояние используется шина 12 "Сбросфлага",Особенности использования ограниченных наборов разрядов для изменения содержимого реверсивного счетчика 4 можно проиллюстрировать следующим примером (фиг.4), Пусть используется трехразрядный распределитель 9 импульсов, десятиразрядный реверсивный счетчик 4, а код, соответствующий текущему среднему значению скорости изменения входного сигнала, представлен двузначным двоичным числом, и для хранения его используетсядвухразрядный регистр 21 (т.е, оценка текущего среднего может быть пред 2 ставлена четырьмя уровнями: 2 = 4). Очевидно, что при самом высоком уровне у оценки (т,е. 11) текущего среднего наиболее выгодно использовать один из старших разрядов реверсивного счетчика 4, некоторый промежуточный и младший, например 8,3-и 1-й, Начальное приближение входного сигнала может осуществляться с использованием 8-го разряда, а уточнение - с использованием 3-го и затем 1-го. При средних уровнях оценки текущего среднего (10,01) наиболее эффективно будет работать, например, набор из 5, З.и 1-го разрядов, при малой оценке - набор из 3, 2 и 1-го разрядов.Выбор вариантов возможных комбиНаций осуществляется исходя из целейи условий применения конкретной разработки.Следует отметить, что не .обязатель 5но все разряды, принадлежащие ограниченному набору рабочих разрядов,используются для изменения содержимого реверсивного счетчика 4 при каждом преобразовании, поскольку разряд,С которого начинается это изменение,определяется содержимым распределите,йя 9 импульсов в начале преобразованця, а это содержимое, в свою очередь,15зависит от значения оценки скоростивходного сигнала в момент предыдущего преобразования. Так, для приведенйого примера,при использовании кабо"ра из 8, 3 и 1-го разрядов, если оцененное в предыдущий момент значениеСкорости сигнала достаточно мало, враспределитель 9 импульсов может бытьзанесен код с единицей в мпадшем разряде. В этом случае вычитается илиПрибавляется единицами сразу в младший1-й разряд реверсивного счетчика.Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с известнымМожно показать на следующем примере 30Предположим, что входной сигнал изменяется незначительно. В этом случаесредняя скорость его изменения небольшая. Пусть в известном устройстве,имеющем 8-разрядный распределительимпульсов, оценку скорости изменениявходного сигнала производят в моментнекоторой флуктуации входного сигнала -незначительного всплеска. В этом случае оценка скорости будет высокой, со ответствующей, например, коду распределителя импульсов с единицей в 7-мразряде, фактическое же изменениевходного сигнала незначительное,.например 1,5 А, где Ь - минимальный 45шаг квантования, соответствующий единице младшего разряда реверсивногосчетчика. Тогда в известном устройстве последовательно производится поразрядное преобразование по всем разрядам с 7-го по 1-й.Пусть предлагаемое устройство содержит 3-разрядный распределитель импульсов, Вследствие.низкого текущегосреднего значения скорости будет оп 55ределен рабочий набор, содержащиймйадшие разряды реверсивного счетчика,например, 3, 2,и 1-й разряды, Тогда,хотя оценка скорости при предыдущем преобразовании (в момент флуктуации) и оказалась высокой, старший, содержащий единицу, разряд распределителя импульсов оказывается подключенным к 3-му разряду реверсивного счетчика и для преобразования понадобится только три этапа: прибавление единицы к 3-му разряду, вычитание единицы иэ 2-го разряда и вычитание единицы из 1-го разряда (фиг,5).Таким образом, время преобразования сокращается.Повышение быстродействия обеспечивается также тем, что, помимо использования ограниченных кодов при измерении содержимого счетчика, в предлагаемом преобразователе при очередном преобразовании сигнала. прибавляются или вычитаются единицы иэ сохраняющегося результата предыдущего преобразования, в то время как в известном вначале происходит процесс поиска поддиапазона, а затем во всем:поддиапаэоне происходит поразрядное уравновешивание.Формула изобретения.1. Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего блока, информационный вход которого является входной шиной, второй вход блока сравнения соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которсго соединены с соответствующими выходами разрядов реверсивного счетчика и являются выходной шиной, выход блока сравнения соединен с входом блока фиксации знака, первый выход которого соединен с первым входом блока управления, а второй и третий выходы - с входами установки режима реверсивного счетчика, второй вход блока управления соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий вход - с единичным выходом первого триггера, а четвертый вход - с единичным выходом младшего разряда распределителя импульсов, первый выход блока управления соединен с входом блока управления счетчиком, второй выход соединен с входом уста 11 11нонки в О первого триггера и входом установки в " 1 " второго триггера , вход установки в "О" которого являетс я шиной " Сброс флаг а" , а прямой вы" ход - шиной " Готовность ", выходы р аз 1594691 10рядов распределителя импульсов соеди" иены с соответствующими входами группы входов блока управления счетчиком, а установочные входы разрядов распре 5 делителя импульсов соединены с цифровыми выходами первого регистра, первый управляющий вход которого объе" динен с входом элемента задержки и является шиной "Пуск", второй управляющий вход объединен с входом установки в "0" третьего триггера и соединен с выходом блока оценки скорости, прямой выход третьего триггера соединен с.,первым входом блока оценки ско рости, группа выходов которого соединена с соответствующими цифровыми входами первого регистра, выход эле- . мента задержки соединен с входами установки в "1" первого и третьего триггеров ис управляющим входом аналогового запоминающего блока, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок дифференцирования, блок те кущего усреднения скорости изменения входного сигнала, второй регистр и блок выбора рабочего кода, вход блока дифференцирования объединен с вторым входом блока оценки скорости и является входной шиной, а выход через блок текущего усреднения скорости изменения входного сигнала соединен с установочными входами разрядов второго регистра, управляющий вход которого является шиной Пуск , цифровые выходы второи ее35 го регистра соединены с первой группой входов блока выбора рабочего кода, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами блока управления счетчиком, а выходы выбора рабочего набора соединены со счет-. ными входами разрядов реверсивного счетчика, третий выход блока управлеИ Е 1 ния соединен с входом Сдвиг вправо распределителя импульсов.2, Преобразователь по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок уп-. равления выполнен на дешифраторе,счетырех 0-триггерах четырех элеменЭ50 тах ИЛИ, шести элементах И, трех инверторах, вход первого из которых объединен с первыми входами первого и второго элементов И и является четвертым входом блока, а выход соединен с55 первым входом третьего элемента И, первый и второй входы четвертого элемента И являются вторым и третьим входами блока соответственно, а выход соединен с С-входами первого, второго и третьего 0-триггеров, 0-входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ соответственно, а прямые выходы - с соответствующими входами дешифратора, первый выход которого соединен непосредственно с первым входом второго элемента ИЛИ, через второй инвертор - с вторым входом первого элемента И и является первым выходом блока, второй выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И и первым входом третьего элемента ИЛИ, третий выход дешифратора соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и является третьим выходом блока, четвертый выход дешифратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, пятый выход является вторым выходом блока, а шестой выход соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, .третий вход второго элемента И соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами пятого и шестого элементов И соответственно, первый вход пятого элемента И через третий инвертор объединен с первым входом шестого элемента И, 0-входом четвертого 0-триггера .и является первым входом блока, С-вход четвертого 0-триггера. соединен с выходом первого элемента И, второй вход пятого элемента И соединен с прямым выходом четвертого 0-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, а выходы второго и третьего элементов И соединены с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ соответственно.3. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок выбора рабочего кода. выполнен на девяти элементах И, трех элементах ИЛИ и четырех элементах НЕ,первый вход первого элемента И обьединен с первым входом второго элемента И, входами первого и второго элементов НЕ, второй вход первого элемента И объединен с входами третьего и четвертого элементов НЕ, первым входом третьего элемента И, а выход первого элемента И соединен с первыми входами первого элемента ИЛИ и четвертого элемен- ) та И,. второй вход которого объединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, первые входы седьмо 594691594691 . си кмненныб Зходнои сигнал Рдзульп 7 ал юооого преобраьо 5 аниРРезулыжио предыщего ареодраурФРИ фЩГГО Гезуятав пре 8преобразобцнср Запомненньб ЬаднойСигнал Резульщамуо 3 оапоей 0 Рл 7 Азжд 7 орректор О.Ципле 1 аказ 28381 НИИПИ Государ ент", г. Ужгор Гагарина, 101 роизводственно-и ельскии комбина Составитель И.Романовор Н.Лазаренко Техред Л.Олийнык Тираж 667енного комитета по изобретени13035, Москва, Ж, Раушская Подписноеи открытиям при ГКНТ СССРб д. 4/5