Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И 9) 1) Н 03 М 1/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ ЕЛЬСТВУ СКОМУ СВ А ил динен с входом теля, выход ко иннертирующегоорого соединеналогового сумм 0 43 одом од ко о сиг нходо щ и о колайчук второи в эталонно го является шин нала, а выход со м второго ключа, й с я тем, что я надежности кон един ь с первымлича о роекти истемное телей инф роение, 1 целью и шени троля орм 982 ССР1980. ельство К 13/17,Авторское свидР 930657, кл. Н 0 а сравнения, а вых с вторымтельных входом регистра п приближений, втор соединен с вторым ления, третий вхо и второй вход мул следов й ныхо(54) (57) 1, АНАЛОГ РАЗОВАТЕЛЬ С САМОК щий инвертирующий говый сумматор, пе-ЦИФРОВОИ ПРЕ НТРО.1 ЕМ, соде силитель, .ана ный и второй преобразонат которогоблока упр входом блока)равле типлексор и лок сравнения, напряжение, р и э од т истр последова рым выходам тов, третьи лока анализа зультавляютя ишиной ных приближений, овой сумматор, б егистр памяти,к сравненияя, первый вход ыходы котор ультатов ко а первый вх ого янтролод -оедин иф ся шинами редиагностики,установки, вВыходом блокчем Второй В и блок уп лен шин й" Пускс пе в нляе которо торои вход а сравнения ыход блока у торым входо н ый вых соединен р ым последовательных и вый вход блокася шиной в одов, приавления дом регис сравнесоединен с и п ижении, я кодов регистра объедине эталонногонен с выяет я орои вхо оного су од д ключа циф первыи выходом ре атор одо ход ого соединен с яти, а второй ым,входом реги еобраэователя ход объеди тра памяти код - наи па перходом пржение и соединен с пер следовательных преобразовател соединен с пер)м в пря регистра ний, выхо напряжени блока сра риближекод ым входа одкотор внения, второи в ен с выходами пе лючей, первый вх яется входной ши вого и г оп.1, от м, что бло го д первог ой и объ ключа яв(56) Моисеерование прции, - Л,:9 9/24-24 84 85. Бюлзлов, О Б.Г,Соб 5(088.8 в В.С. образов Машинос работы, н него введены блок анализарезультатов и мультиплексор, первыйвход которого соединен с выходом нены соответственно с первым памяти, третии выходными вторым входом перв третьим входом мультиплексо вертыи выход - с вторым входом второго ключа, пятый выход соединен с объединенными третьими входами блока сравнения кодов и блока анализа результатов и является шиной пКонец преобразования", шестой выход соединен с третьим входом регистра последовательных приближений, при этом выход регистра памяти является шиной выходного кода.2, Преобразователь пличающийся те к119380 гэ орого явактовых- ВЫХОДОМ которогота Н 1,-И;111 управления выполнен на генераторетактсньех импульсов, двух элементахНЕ, .лементе НЕ-И 11 И, элементе И:И-НЕ,двух элементах И-НЕ, двух Р 5-триггерах, первые входы перного и второго Р-триггеров и элемента НЕ-И 1 Шобъединены и соединены с выходомпервого элемента И-НЕ, который является вторым выходом блока управления, второй вход элемента НЕ-ИЛИобъединен с вторым входом первогоР 5-триггера и соединен с выходомэлемента ИЛИ-НЕ, первый и второй Входы которого являются соответственнопервым и третьим входами блока управления, вьвсод первого Р 5-т 1 иггера является третьим выходом блока управления и соединен с первым входомпервого элемента И-НЕ, второй входкототэого объединен сперным входомвторого элемента И-НЕ и соединен свыходом первого элемента НЕ, входкоторого является вторым входом бло"ка управления, четвертый выход которого является выходом второго 8 Ытриггера и соединен с вторым входомвторого элемента И-НЕ, я второйвход второго 85 в тригге соединенс выходом второго элемента И-НЕ иявляется пятым выходом блока управпения, первым выходом кот ляется выход генератора т импульсов, а шестой Выход второго элемента НЕ, вход соединен с выходом элемец,", Преобразователь по п.,1, о тл и ч а ю ц и й с я тем, что блок Изобретение отцосится к электро- измерительной и вычислительной технике и может быть испол.зоэяно грц создании аналого-циФровых пр еобряз ователей с повьпенцыми требсвяниями к надежности.Целью изобретения является повышение надежности контроля работы преобразователя,Ня 1 иг.1 представлена структурная ЭЛЕКтРИЧЕСКаЯ СХЕМа УСТРЭЙСТ 3 Я;, НЯ фИГ,2 - днаГраММа раооты т,СОСТСЭЯНИг) устро",стеэст; на фиг, 1 - Гтэгктурнсчя.ацаЛРэа рЕЗу.ЬВТС 13 ВЬПОЛЕР. Нятрех элементах НЕ, трех элг:" е".:Вх :,элементе ИИИ двухтазрядцоном счетчике Сорл:гэ 3 яе г- игСОВ И 0 -ТРИ ГвгЕ, ЕРВЫЙ Ь"г;Т;1 ЭОГО ЯВС 1 Я ЕТГ 51 Т 1 Е 1 ЬИМ ЭХОЕол Л Оксэаца.ИЗя рЕЗуЛЬТТОВ и ЧЕРЕ:г ,:рныйэлемент НЕ объед-:нец с Еэторым вхоЦСМ З -тРИГГЕРа ТРЕТИЙ 3 ХОЕ, Кот О 1 ОГО ЯвэЯс.тся ВтО 13 тм вхоД" бтгк,;. Янсз.1 ИЗ а "Э СЗУ.11 тТЯТСЭБ Я 3 тХО г. Г Огс ЕИН Е Н С О О Т В Е Т СВ С. Н Н О С П С Р ВтЛН3 Х ОД а "ми первого элемента И, элсментя .с 11.входом второго элемента 111, Вэ 3гВХОДОМ ДВУХРЯЗРЯВНОГО,ЕВОЧЦОГССЧЕтЧИКа, ВТОРОЙ ВХОЦ КОТСРО" ЯтЛЯЕТСЯ ПЕрвым ВХОЛОМ бЛОКС Ст.Г.55 т,т 13 С ЗУЛЕттаГО 13. ст ЕРВЬт ВЫХОг Сс сс Оным Вхоом В т 01 ОО элсВторСР ВЫХОД СОС.;1 РНСН Г Обто;РГЕН -ными Вторыми входами второгота И, элемента ИИ и первьглг входс .1 Рс.1 гтЕГО .Э,ЕМН с 1 И И 5 Злят,тБЬ М ВЬХ 03 ОЛ 1 "3 ОК 11 с сиз сэ т : ",тОВВтОРОй ВХОД ТРЕГЬЕГО -, тИ соединен с Выходом второ гли мсвта НЕа выход вэор ого ирь;Оэлементов И, элеме; тя 1 П 113 ЫХОЕ;,ВОИННОГО Ст 1 Еттинв с В;н т ясоотнетствецн, тг т тилг 3 т 3 -г и б "Ока ацяэиза 1 озу втатов я тэ : г, .:.;О -13 ОГО:э;1 ементя 11 евьз гвгМЕНТ НЕ СОЕНИНт Е С 13 ".ОрьОНЕрВОГО ЭЛЕМЕ;Т 1 с:31.л; ;,Торо ССог/1 ИНЕЕ С ВХОЛОМ фтз ЭЬир ОВс Т:51: и .ПУСЬССЭВ, ВЬХОП КО . ДР ОО Я В 15 С . СЯВ ЙЭЫМ Вт 1 ХСгто;.; тгОЕ", т т:татов,В1 тиР .т тгкГ с с 51 г ; г сГ тг гВЧСХЕМа бЛОКя :ВЛИЗ рЕ: 1.г стэойст 30 с Оцсэтйхсит Я нс 3 г. гонь 1ДРСКР "ГЦ,ти,г ЭЛО СИ, ПРИа на гОГОВьй ОЛОГ 1 с сте,ээтсРт РгвэеэтэРУГЭРЙ УСИЛИТЕ Ь ", Знало; О:эт В С. Л"матор -:., Еслжчи э и 6 блок г срявНСНИя И Прсобря:эонсЭТСЛВ и КГ;Е - 1;яГряение, дискретньй блок 2 содсэрэкРГЕМуЛттиггЕКСОр 9, Е".г гр 11 ГГГ 1 Г,г ва"тлет ньгх грин тттс ттттэ б -гс к т 5 с Г 1) гВ 51 НИЯ В тгт ";тт :тфровой сумматор 13, блок 14 сравнения кодов и блок 15 анализа результатов. К входам ключа 5 и усилителя 3 подключено преобразуемое напряжение 1 . Первый вход блока 11 соединен с шиной "Пуск".Эталонное напряжение 5 поступает на второй вход аналогового сумматора 4, а эталонный код 0- на первый вход блока 14. Выходной код М с выхода регистра 12 поступает на, выходную шину и первый вход цифрового сумматора 13. Результаты контроля к(к, к) и диагностики с 1 Ы 1, Й) поступают на шину результатов контроля и диагностики с второго выхода блока 15, на первый вход которого поступает сигнал Установка 0".Второй вход блока 7 через ключи 5 я 6 соединен с входной шиной и выходом сумматора 4, первый вход которого присоединен к выходу инвертирующего усилителя 3. Первый вход блока 7 сравнения соединен с выходом преобразователя 8, вход которого со - единен с первым входом регистра 12, вторым входом цифрового сумматора 13 и первым выходом регистра 10, второй выход которого присоединен к второму входу блока 11, первый вход - к первому входу блока 11, а второй вход к выходу мультиплексора 9. Первый вход мультиплексора 9 соединен с выходом блока 7, второй вход - с вторым входом ключа 5, а третий вход с первым выходом блока 15. Второй вход блока 15 присоединен к выходу блока 14, второй вход которого соединен с выходом цифрового сумматора 13. Второй выход блока 11 присоединен к второму входу регистра 12, третий выход - к вторым входам ключа 5 и мультиплексора 9, четвертый выход - к второму входу ключа 6, пятый выход - с третьим входам блоков 14 и 15 и шине "Конец преобразова 3нияНа фиг,2 обозначены: кружки - состояния АЦП, стрелки - возможные переходы его из состояния в состояние, при этом Р - рабочее состояние АЦП, К - состояние контроля достоверности результата АЦП входного сигнала О , ПК - состояние повторного контроля, Д - состояние диагнос тики неисправного узла АЦП, В - состояние восстановления работоспособности АЦП. Состояния Р и К (обведены пунктирной линией) представляют9380 10 15 20 30 35 45 50 55 5 4единое состояние АЦП, повторяющеесяпри каждом преобразовании напряжения Блок 11 управления (фиг,3) содержит элемент НЕ 16, элемент НЕ-ИЛИ17, элемент ИЛИ-НЕ 18, генератор 19тактовых импульсов, 35 -триггер 20,элемент И-НЕ 21, элемент НЕ 22, элемент И-НЕ 23 и Ко -триггер 24. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 18 соединенс шиной "Пуск", второй вход - стретьим входом блока 11, первый вход15 -триггера 20 - с первым входом15-триггера 24, второй вход - с выхо;дом элемента ИЛИ-НЕ 18, а выход -с первым входом элемента И-НЕ 21 итретьим входом блока 11, второй выход которого соединен с первым входом элемента НЕ-ИЛИ 17, выходом элемента И-НЕ 21 и первым вхолом 15триггера 20, выход элемента ИЛИ-НЕ18 соединен с вторым входом элемента НЕ-ИЛИ 17, выход которого соединен с входом элемента НЕ 16, выходкоторого соединен с шестым выходомблока 11, Выход генератора 19 соединен с первым выходом блока 11, второй вход которого через элемент НЕ22 соединен с вторым входом элемен -та И-НГ 21 и первым входом элементаИ-НЕ 23, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 11 ивыходом 15 -триггера 24, а выходс пятым выходом блока 11, вторым вхо.дом Й 5 -триггера 24 и шиной "Конецпреобразования",1Блок 15 (фиг.4) содержит Э -триггер 25, элемент НЕ 26, формирователь27 импульсов, элемент И 28, двухразрядный двоичный счетчик 29, элементы НЕ 30 и 31, элемент ИЛИ 32 и элементы И 33 и 34, Первый вход Э -триггера 25 через элемент НЕ 26 соединенс своим вторым входом и непосредственно с третьим входом блока 15, авыход - с первым входами элементов28, 32 и 30 и двухразрядного счетчика 29, второй вход которого соединенс первым входом блока 15, а выходыс первым и вторым входами элемента И33, второй вход которого соединен свторым входом элемента и первымвходом элемента И 34, второй входкоторого соединен с выходом элемента НЕ 30, выходы элементов 32-34 ивторой вход элемента ИЛИ 32 соединейы с выходами блока 15, выход элемента И 34 через элемент НЕ 31соединен с вторым входом элемента193805 5 15 20 25 30 10 40 501 И 28, выход которого через формирователь 2 соединен с выходом блока 15 и вторым входом элемента ИЛИ 32, второй вход блока 15 соединен с третьим входом У -триггера 25.Преобразователь работает следующим образом.После окончания очередного цикла аналого-цифрового преобразования нходного сигнала О (состояние Р, фиг,2) и контроля результата преобразования (состояние К) на шину результатов контроля и диагностики поступают сигналы контроля к(к,к ), При достоверном результате преобразования и исправном устройстве сигналы принимают следующие значения."к=О и к=О. При этом ключи 5 и бнаходятся в разомкнутом состоянии и ьса их входы соответственно поступают входной сигнал с)х и тестовый сигнал 1,=( - (х, где(. - эталоцный сигнал, по величине равный пределу преобразования устройства.Очередным импульсом "Пуск запускается блок 11, а затем замыкается ключ 5 и на второй вход бснока 7 поступает входной сигнал ( . При этом мультиплексор 9 обеспечивает поступление выходного сигнала блока 7 на первый вход регистра 10, С помощью блоков 7,8 и 1 О осуществляется налога-цифровое преабразава 1ние сигнала ох согласно алгоритму поразрядного уравновешивания, На выходе регистра 10 получают результат преобразованияМх = о 1 х ьв х )где л - коэффициент преобразованияустройства,Л - погрешность преобразования(1 х,По команде блока 11 код переписывается из регистра 10 в регистр 12, а также осуществляется размыкание ключа 5 и замыкание ключа б. При этом а перный вход блокапоступает тестовый сигнал 1,в, который преобразуется аналогично сиьналу 1) Реаультат преобразованиять б снде 5, - погрешность преобразования ), суммируется с кодом йх, хранящимся в регистре 12, с гомощью цифрового сумматора 13. Результат операции суммирования где :, - суммарная ьтсгрешность устрайста, поступает на втс,рай вход блока 1 ч,ца первый вход которого подан эталонный код М, = и, В блоке 1осуществляется сравнение Ми Мс точностью до мксимальца допустимой погрешности устройства 1 сМаркси результат сравненияс, м1 п и Ьк -Ь0 чрике, моксмоксзпоступает на второй вход блока 15.При 0 =0 результат преобразованиясчитается достоверным и с второговыхода блока 15 на шину результатовконтроля и диагностики поступаетсигнал к =0 (при этом к =0 с =Ого =0), и в дальнейшем устройствоработает по обычному алгори му(стрелка К.+Р фиг,2), При б =1 аезультат Хсчитается недостонернььм,о чем свидетельствует появлениесигнала к,=1 (к =О,Д,=О, д =О) нашине результатов контроля и диагностики (стрелка К в ПК),Так как возможной причиной недостоверного результата преобразованияможет быть как сбой, так и неисправность устройства, то для выявления действительной причины посигналу, поступающему с первого выхода блока 15, запускается блок 11ц осуществляегс повторное преобразование с 1 и контроль достоверностирезультта преобразован;ья К саглас -Хна описанному алгоритму да операциисравнения включительно, Если послеоперации сравцения ца выходе блокаполучен сигнал о =О, то с второго выхода блока 15 на выходную шину результатов контроля и диагностики поступает сигнал к =0 (к =О,о,О,с. =0), который свидетельствуето том, что результат преобразованияЙ. поступающий в настоящий моментвремени на выходную рику устройства,достоверен а предыдущий результатбыл ложен по ьричице сбоя. Послеэтого на входную шину устройства"Установка 0" поступает сигнал,устанавливающий блок 15 в исходцоесостояние и строисгво готово кдальнейшему использованию его поазначеию (стрелка ПК-ьР фиг,2),Если блок 1 ь выдает сигнал 5 =1,то ца выходную шину результатовконтроля и диагностики гоступаетдругая комбинация сигналов к=1(к 1, с 1, О л . О), что сигцлиэюет а том, что причиной еЛостовер -93805 8троля и диагностики поступают сигналы о =О, 3 = 1 (при эТом к,=1,к =1) что свидетельствует о неисправ2ном блоке 1, а при 5 =1 - 3,=1,42=2,что сигнализируют об отказе бЛока 2,После определения отказавшего блокаустройства требуется восстановлениеего работоспособности (стрелкаД-В фиг,2). В свою очередь, устра нение причины отказа дает возможностьиспользовать АЦП по своему прямомуназначению (стрелка В-+Р). зом Сигнал "Пуск" (импульс положительной полярности) проходит через элементы 18, 17 и 16 на первый выходблока 11 и устанавливает в состояние 20 логической " 1" выход триггера 20, свыхода которого она подается на третий выход блока 11.Сигнал окончания преобразованияпроходит через элементы 22 и 21на первые входы триггеров 20 и 24.При этом на выходе триггера 20 уста 11 11навли вае т ся логический 0 , а на вы 11 11ходе триггера 2 4 - логическая 1которая поступает на второй вход клю ча б,С выхода регистра 10 сигнал окончания преобразования проходит черезэлементы 22 и 23 на второй вход триггера 24 шину 1 Конец преобразования"1и на третьи входы блоков 14 и 15.При этом на выходе триггера 24 уста 1 11н а вли в ают с я л о гич е с кии 0Кроме сигналаПус к " на вход элемента ИЛИ-НЕ 18 поступает сигнал внутреннего запуска АЦП от блока 15, спомощью которого осуществляютсяте же операции, что и от сигнала"Пуск" при внешнем запуске. 45Блок 15 работает следующим образом.Формирователь 27 предназначендля формировайия импульсов по фронтусигнала, поступающего на его вход.Установка счетчика 29 в исходное состояние осуществляется сигналом, поступающим с шины "Установка "0".Запись информации в триггер 25,поступающей на его третий вход, производят с помощью сигнала, поступающегос пятого выхода блока 11 (импульсотрицательной полярности), причемУпо ега переднему фронту йрОизводят Во втором подцикле на вход регистра 1 О поступает сигнал Т ="0", где 0 - сигнал уровня логического "О, К концу подцикла на выходе50 регистра 10 получают код М 21 значение которого при исправном блоке 2 я =000, В сумматоре 13 осуществляют суммирование кодов Я, и 112, результат которого в блоке 14 сравнивается с Й, . Результат сравнения поступает на второй вход блока 15, При 5 =0 на шину результатов конности настоящего и предыдущего результатов преобразования являетсянеисправность устройства, и последнее переходит к диагностике отказа(стрелка ПК - Д).Диагностика устройства осуществляется с глубиной до блоков 1 и 2,при этом, так как вероятность одновременного отказа блоков 1 и 2практически стремится к нулю, ихотказы можно считать независимыми,Поэтому осуществление контроля работоспособности блока 2 дает возможность выявить неработоспособныйблок,Контроль неисправности блока 2осуществляется следующим образом.При появлении на шине результатов контроля и диагностики сигналак =1 блок 15 1 формирует управляющий2сигнал, поступающий на мультиплексор 9 и блок 11, после чего мультиплексор 9 подключает первый входрегистра 10 к первому выходу блока 11, а также осуществляется запускустройства. Режим контроля блока 2почти полностью совпадает с его рабочим режимом при,преобразовании Ци контроле 11 и отличается лишь сиг,11налами, поступающими на первыйвход регистра 10, Цикл контроля блока 2 состоит из двух подциклов, причем в первом с первого выхода блока 11 на первый вход регистра 10поступает сигнал Т 1а во втором -Т 2. Сигналы Т и Т имитируют ра оту блока 7 в режимах "Больше"и "Меньше",В первом подцикле на первый вход11 1регистра 1 О поступает сигнал Т 1 - 1где " 1 " - сигнал уровня логической" 1 " ., и к концу подцикла на первомвыходе регистра 1 О получают к од Нкоторый из регистра 1 О записывается в регистр 1 2 и при исправном блок е 2 Ц=, 1 1 . . . 1 = 8 Блок 11 работает следующим обра93805 10 20 3 25 30 35 9 11его сброс (на выходе триггера 25устанавливается сигнал логического0"), а по заднему - запись информации,При контроле результата преобразования 1 на третий вход триггера25 поступает результат сравнения 5При 5 =0 на выходе триггера 25 устанавливается логический "0", а на шине .результатов контроля и диагностики - сигналы к =О, к =О, д, =О, 3 =О.При 5 =1 в триггер 25 осуществляетсяее запись и на шине результатов кочтроля и диагностики устанавливаютсясигналы к 1, к =О, с)1=0, д =О.При этом по переднему фронту сигналана выходе триггера 25 осуществляетсязапись информации в счетчик 29 и формирование сигнала (импульс положительной полярности) с помощью элемента И 28 и формирователя 27, свыхода которого он поступает на третий вход блока 11,При повторном контроле результатапреобразования в триггер 25 записывается результат повторного сравнения,причем при 6 =0 на выходе триггера25 присутствует логический "0", ана шине результатов контроля и диагностики - к =0 к =0 д =0 д =0ю 1фПри .1 =1 в счетчик 29 производитсязапись информации и формирователь27 формирует сигнал повторного запуска АЦП аналогично рассмотренному,Кроме того с выхода счетчика 29 логическая "1" поступает на третий входмультиплексора 9, а на шину результатов контроля и диагностики - сигналы к =1 к =1 ( =0 4 =О,При диагностике неисправного узлаАЦП в триггер 25 записывается результат сравненияПри б =0 на шину результатов контроля и диагностики поступают сигналы к =1, к=1, 31 =0,с 1 =1, а при 5 =1 - к,=1, к =1,=:1, 02=0, При этом логическая "1"10 поступающая с выхода элемента И 33(с 1=0), инвертируется в элементе НЕ31 и с помощью элемента И 28 блокирует прохождение сигнала с выходатриггера 25 на вход формирователя 27,Таким образом, в устройстве посредством повторного аналого-цифрового преобразования и контроля результата преобразования осуществляется разделение недостоверных результатов, вызванных сбоями, от результатов, причиной недостоверности которых является неисправность устройстваКроме того, в случае неисправности устройства дополнительно производят диагностику неисправного узла устройства. При этом поиск неисправности устройства осуществляют в режиме, максимально приближенном к рабочему, что позволяет получить результаты диагностики свысокой степенью достоверности принезначительном увеличении обьемааппаратных средств за время, равноевремени преобразования и контролярезультата преобразования известного устройства.