SU769734A1 - Method and device for analogue-digital conversion - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано в системах автоматического измерени , а также в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погрешностей преобразовани  аналоговой величины в цифровой код.The invention relates to a measurement technique, can be used in automatic measurement systems, and also as a stand-alone measuring device with automatic digital correction of additive and multiplicative errors in converting an analog value to a digital code.

Известен способ аналого-цифрового преобразовани , основанный на подключении измер емого напр жени  на вход интегратора на посто нное врем , подключении опорного напр жени  нол рности, противоположной измер емому, формировании временного интервала до момента достижени  нулевого состо ни  на выходе интегратора, во врем  которого подсчитывают импульсы тактовой частоты; коррекци  уходов характеристик нреобразовател  но данному сносооу осуществл етс  циклическим подключением иа вход интегратора на определенное врем  эталонного напр жени  пол рности измер емого сигнала. Полученный при этом код сравниваетс  с эталонным кодом, соответствующим расчетному значению. В зависимости от результата сравнени  подключают напр жение положительной или отрицательной пол рности на вход интегрирующей цепи, напр жение с выхода которой посто нно поступает иа вход интегратора и стремитс  уменьшить ошибку, а устройство дл  осуществленн  способа содержит ключи, нуль-орган, логический блок, вентиль, счетчик, блок сравнени  чисел, 5 блок ключей, интегратор, источники преобразуемого , эталонного и опорного напр жений , источники положительного и отрицательного напр жений 1.The known method of analog-digital conversion, based on connecting the measured voltage to the integrator input for a constant time, connecting the reference voltage of the polarity opposite to that measured, forming a time interval until reaching the zero state at the integrator output, during which count clock pulses; The correction of the departures of the characteristics of the transformer to the given demolition is carried out by cyclically connecting the integrator input for a certain time of the reference voltage of the measured signal. The resulting code is compared with the reference code corresponding to the calculated value. Depending on the result of the comparison, a positive or negative polarity voltage is connected to the input of the integrating circuit, the voltage from the output of which continuously goes to the integrator's input and tends to reduce the error, and the device for the implemented method contains keys, a null organ, a logic unit, a gate , counter, block of comparison of numbers, 5 block of keys, integrator, sources of convertible, reference and reference voltages, sources of positive and negative voltages 1.

Недостатками способа и устройства  вл JQ ютс  низкое быстродействие отработки ошибки с посто нной скоростью, равной единице младшего разр да за цикл преобразовани , что обусловлено посто пной времени интегрирующей цепи.The disadvantages of the method and device JQ are the low speed of working out errors with a constant speed equal to the unit of the least significant bit per conversion cycle, which is caused by the time constant of the integrating circuit.

5 Известеи способ аналого-цпфрового преобразовани , основанный на подключении первого эталонного напр жени  к преобразователю «иапр жение-частота, формировании номинального времени измерени  иу90 тем подсчета имиульсов эталонной частоты, равного номинальному значению множител  калибровки, с одновременным подсчетом нмпульсов частоты, пропорциональной иервому эталонному напр жению за сформированное врем , подключении второго эталонного напр жени  к преобразователю «напр жение-частота, подсчете количества импульсов частоты, пропорциональной второму эталонному напр л :ению, до значе3J ни , равного разности номинального значени , соответствующего максимальному входному напр жению и подсчитанного ранее количества импульсов, с одновременным подсчетом количества импульсов эталонной частоты, формированием нового значени  множител  калибровки, сравнении значений полученного и номинального множителей калибровки, повторением вышеуказанных операций в случае, если результат сравнени  больше заданного, формировании множител  смешени  нул  путем подсчета импульсов частоты, пропорциональной первому эталонному напр жению за врем  измерени , равное времени подсчета количества импульсов эталонной частоты , равного значению множител  калибровки в случае,, если результат сравнени  меньше или равен заданному, последуюш,ем подключении измер емого нанр жени  к преобразователю «напр жение-частота, о величине которого суд т по разности количества импульсов частоты, пропорциональной измер емому напр жению за врем  измерени  и множител  смеш,ени  нул , а устройство дл  его осушествлени  содержит источники измер емого и двух эталоннь1х напр жений, преобразователь «напр жение-частота , вход которого через аналоговые переключатели соединен с источниками напр жений, первые три выхода блока управлени  соединены с управл ющими входами аналоговых переключателей, первые входы первого, второго, третьего, четвертого элементов И соединены с четвертым , п тым, шестым и седьмым выходами блока управлени  соответственно, а вторые соединены с выходом иреобразовател  «напр жение-частота , входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов И соответственно, и генератор эталонной частоты (2).5 Famous analog-digital conversion method based on connecting a first reference voltage to a voltage-frequency converter, generating a nominal measurement time for measuring the emulsions of a reference frequency equal to the nominal value of the calibration multiplier, which is proportional to the reference calibration frequency. time, connecting the second standard voltage to the voltage-to-frequency converter, counting the number of frequency pulses, to a second reference voltage: up to a value equal to the difference between the nominal value corresponding to the maximum input voltage and the previously calculated number of pulses, while simultaneously counting the number of pulses of the reference frequency, generating a new calibration multiplier value, comparing the values of the obtained and nominal calibration multipliers, repeating the above operations in case the result of the comparison is greater than the specified one, forming the mix factor zero by counting the impulses frequency, proportional to the first reference voltage for the measurement time, equal to the counting time of the number of pulses of the reference frequency, equal to the calibration factor in the case, if the comparison result is less than or equal to the specified, followed by the connection of the measured equipment to the voltage-to-voltage converter frequency, the value of which is judged by the difference in the number of frequency pulses, proportional to the measured voltage during the measurement time and the multiplier is mixed, the zero, and the device for its implementation contains and The source of the measured and two standard voltages, the voltage-frequency converter, whose input through analog switches is connected to the voltage sources, the first three outputs of the control unit are connected to the control inputs of the analog switches, the first inputs of the first, second, third, fourth elements Both are connected to the fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the control unit, respectively, and the second are connected to the output of the voltage-frequency converter, the inputs of the first and second reversible counters There are no outputs of the first, second, third, and fourth elements, respectively, and the reference frequency generator (2).

Недостатки способа и устройства - низкое быстродействие.The disadvantages of the method and device is low speed.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи .The aim of the invention is to increase speed.

Указанна  цель достигаетс  тем, что при аналого-цифровом преобразовании способом , основанным на преобразовании в частоту следовани  импульсов измер емого и двух эталонных напр жений и формировании кода, соответствующего разности количества импульсов частоты, пропорциональной измер емому напр жению за врем  измерени  и кода начальной установки, врем  измерени  формируют подсчетом импульсов частоты, пропорциональной коду разности количеств импульсов частоты, пропорциональных первому и второму эталонным напр жени м, подсчитанных за эталонное врем , а код начальной установки формируют, вычита  из количества импульсов частоты, пропорциопальной одному из эталонных напр л :ений за врем  измерени  кода, номинальное значение этогоThis goal is achieved by the fact that during analog-to-digital conversion by a method based on converting the measured and two reference voltages into the pulse frequency and forming a code corresponding to the difference in the number of frequency pulses proportional to the measured voltage during the measurement and the initial setup code, the measurement time is formed by counting frequency pulses proportional to the code for the difference in the number of frequency pulses proportional to the first and second reference voltages, calculated x for the reference time, and initial code setting is formed by subtracting the number of frequency pulses proportsiopalnoy one of the reference voltage x eny for measuring time code, the nominal value of this

эталонного напр жени , а устройство дл  реализации способа содержит преобразователь «напр жение-частота, вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных напр жений и измер емого напр жени , первые три входа блока управлени  соединены с управл ющими входами аналоговых переключателей , первые входы первого, второго , третьего и четвертого элементов И соединены с четвертым, п тым, шестым и седьмым выходами блока управлени  соответственно , а вторые входы соединены с выходом преобразовател  «напр жение-частота , входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с выходами первого , второго, третьего и четвертого элементов И соответственно. Входы двоичного умножител  соединены с выходами первогоthe reference voltage, and the device for implementing the method contains a voltage-frequency converter, the input of which is connected via analog switches to the outputs of two reference voltage sources and the measured voltage, the first three inputs of the control unit are connected to the control inputs of analog switches, the first the inputs of the first, second, third and fourth elements I are connected to the fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the control unit, respectively, and the second inputs are connected to the output of the converter “Voltage-frequency, the inputs of the first and second reversible meters are connected to the outputs of the first, second, third and fourth elements AND, respectively. The inputs of the binary multiplier are connected to the outputs of the first

суммирующего и второго реверсивного счетчиков , а выход соединен с входом второго суммирующего счетчика, выход которого соединен с входом блока управлени , входы элемента ИЛИ соединены с четвертымsumming and second reversing counters, and the output is connected to the input of the second summing counter, the output of which is connected to the input of the control unit, the inputs of the OR element are connected to the fourth

и п тым выходами блока управлени , первый вход п того элемента И соединен с выходом генератора эталонной частоты, второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход соединен с входом первогоand the fifth outputs of the control unit, the first input of the fifth element AND is connected to the output of the reference frequency generator, the second input is connected to the output of the OR element, and the output is connected to the input of the first

суммирующего счетчика.summing counter.

Структурна  электрическа  схема устройства дл  осуществлени  способа приведена на чертеже.The structural electrical circuit of the device for implementing the method is shown in the drawing.

Устройство содерлсит источники 1, 2 эталонных нанр жений, источник 3 измер емого напр жени  И, аналоговые переключатели 4. 5, 6, преобразователь 7 «напр жение-частота , блок 8 управлени , элементы И 9-13, элемент ИЛИ 14, генератор 15The device contains sources of 1, 2 reference voltage, source 3 of measured voltage AND, analog switches 4. 5, 6, converter 7 "voltage-frequency, control unit 8, elements AND 9-13, element OR 14, generator 15

эталонной частоты, реверсивные счетчикиreference frequency reversible counters

16,17, суммирующие счетчики 18 и 19, двоичный умножитель 20. Элемент И 13, элемент ИЛИ 14, генератор 15, суммирующий счетчик 18, двоичный умножитель 20 образуют преобразователь «код-частота.16,17, summing counters 18 and 19, binary multiplier 20. Element And 13, element OR 14, generator 15, summing counter 18, binary multiplier 20 form the code-frequency converter.

По команде «измерение, поступающей на блок 8, начинаетс  процесс измерени , состо щий из двух тактов; калибровки и измерени . Такт калибровки разбит на триOn the command "measurement arriving at block 8, a measurement process consisting of two cycles begins; calibration and measurement. Calibration clock is divided into three

подтакта. На первом подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 4 подключает источник 1 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота fi:trick. On the first calibration pitch, unit 8 via analog switch 4 connects source 1 to converter 7 input, at the output of which frequency fi is formed:

P.F.i + K,U,P.F.i + K, U,

где Foz - начальна  частота преобразовател ;where Foz is the initial frequency of the transducer;

Kt - крутизна преобразовател .Kt is the slope of the transducer.

Частота г поступает через элемент И 12,The frequency r enters through the element And 12,

на который подано разрещение с седьмогоon which permission is filed from the seventh

выхода блока 8, на врем  ti const наthe output of block 8, at time ti const on

суммирующий вход реверсивного счетчикаsumming input of the reversible counter

17,в котором за врем  ti поступит количество импульсов NI.17, in which during the time ti the number of pulses NI will arrive.

4onst - onst (Pill + )Ha втором подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота FZ.  4onst - onst (Pill +) Ha of the second calibration pushblock, unit 8 via analog switch 5 connects source 2 to converter 7 input, at the output of which frequency FZ is generated.

2--Ojr-v- O2 - Ojr-v- O

Частота FZ поступает через элемент И 11, на который подано разрешение с шестого выхода блока 8, на врем  tz /i на вычитающий вход реверсивного счетчика 17, в который за врем  tz поступит количество импульсов NZ.The frequency FZ enters through the element 11, to which permission is given from the sixth output of block 8, for the time tz / i to the subtractive input of the reversible counter 17, which during the time tz will receive the number of pulses NZ.

2 - 4onst 2 const ( + ).2 - 4onst 2 const (+).

После первых двух подтактов калибровки в реверсивном счетчике 17 будет записано количество импульсов NZ.After the first two calibration strokes, the number of pulses NZ will be recorded in the reversible counter 17.

IV, N,- N, . ,оп,,. Ki (U - и,).IV, N, - N,. , op ,,. Ki (u - and,).

На третьем подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 5 подключает источник 2 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота FZ, поступающа  через элемент И 10, на который подано разрешение с п того выхода блока 8, на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. На третьем нодтакте калибровки разрешение с п того выхода блока 8 через элемент ИЛИ 14 поступает также на вход элемента И 13, и импульсы с частотой Fэ с выхода генератора 15 поступают на вход суммирующего счетчика 18. На потенциальные входы двоичного умножител  20 поступают сигналы с выходов реверсивного счетчика 17, на импульсные входы двоичного умножител  20 поступают сигналы с выходов суммирующего счетчика 18. На выходе двоичного умножител  20 формируетс  частота On the third calibration pitch, unit 8 via analog switch 5 connects source 2 to converter 7 input, the output of which generates frequency FZ, coming through element 10, to which permission from the fifth output of unit 8 is applied, to the subtracting input of the reversible counter 16. On the third calibration calibration resolution from the fifth output of block 8 through the element OR 14 is also fed to the input of the element AND 13, and pulses with a frequency Fe from the output of the generator 15 are fed to the input of the summing counter 18. The potential inputs of the binary multiply Ate 20 receives signals from the outputs of the reversible counter 17, signals from the outputs of the summing counter 18 are sent to the pulse inputs of binary multiplier 20. At the output of binary multiplier 20, a frequency is generated

ЭТ  ET

П P

yV,yV,

где NS - код в реверсивном счетчике 17: N - емкость реверсивного счетчика 17where NS is the code in the reversible counter 17: N is the capacity of the reversible counter 17

и суммирующего счетчика 18. Импульсы с частотой F поступают на вход суммирующего счетчика 19 и заполн ют его до значени  As, которое определено заранее. HoCvie заполнени  суммирующего счетчика 19 соответствующий сигнал поступает на вход блока 8. На этом заканчиваетс  врем  /3 мзм. (врем  третьего подтакта ) :and summing counter 18. Pulses with a frequency F are fed to the input of summing counter 19 and are filled to the value As defined in advance. HoCvie filling the summing counter 19, the corresponding signal is fed to the input of block 8. This ends the time / 3 msm. (time of the third contact):

Л L

изм -ism -

За врем  /„зм. иа вычитающий вход реверсивного счетчика 16 через элемент И 10, па который подано разрешение с п того выхода блока 8, поступит количество импульсов For time / „zm. and the subtractive input of the reversible counter 16 through the element And 10, PA which is submitted permission from the fifth output of block 8, will receive the number of pulses

N, - „зм -г, - ( + ).N, - „Зм -г, - (+).

JsT-V.iJsT-V.i

На втором такте - такте измерени  - блок 8 через аналоговый переключатель6 подключает источник 3 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота In the second cycle - the measurement cycle - unit 8 via an analog switch 6 connects the source 3 to the input of the converter 7, at the output of which the frequency is generated

F, F,, + К,и,.F, F ,, + K, and ,.

Частота f.v поступает через элемент И 9, на который подано разрешение с четвертого выхода блока 8, на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, в который за врем  /4 3 (врем  3 пзм. формируетс  как на третьем подтакте калибровки) поступит количество имиульсов Лд:;The frequency f.v enters through the element AND 9, to which permission is given from the fourth output of block 8, to the summing input of the reversible counter 16, at which time / 4 3 (time 3 psm. Is formed as on the third calibration stroke) the number of emulsions Ld :;

N,.-N,N, .- N,

(F,, + KiU,}.(F ,, + KiU,}.

jr - изм X  jr - ism X

,,

После такта измерени  в реверсивном счетчике 16 будет записано количество импульсов Лвых. If и 1 г т After the measurement cycle, the number of pulses Lev will be recorded in the reversible counter 16. If and 1 g t

. (Ux-Uo}. (Ux-uo}

/ эт-Л:,/ fl-l :,

Ki(,}Ki (,}

f/д.- f/Of / d. - f / O

А BUT

Ki(U,,Ki (U ,,

и.and.

и„and"

гдеWhere

А const.And const.

ЭТconstEtconst

Таким образом, на результат аналогоцифрового преобразовани  не вли ют систематические погрешности преобразовател  7, иогрещность «ухода нул  (Fo;) и погрешность «изменени  крутизны (Кг).Thus, the result of the analog-to-digital conversion is not affected by the systematic errors of the converter 7, the failure of the care zero (Fo;) and the error of the change in steepness (Kg).

Устройство, обработав результаты измерени  напр л епий от источников 1, 2, формирует врем  измерени  (/„зм.) и начальную установку (Лб), которые компенсируют уход характеристик преобразовател  7 приThe device, after processing the measurement results from the sources 1, 2, generates the measurement time (/ „em.) And the initial setting (Lb), which compensates for the deviation of the characteristics of the converter 7 at

измерении измер емого напр л ени  «нулева  частота (foO и «крутизна (/(,-).measuring the measured voltage “zero frequency” (foO and slope (/ (, -)).

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1- Способ аналого-цифрового преобразовани , основанный на преобразовании в частоту следовани  импульсов измер емого и двух эталонных напр жений и формировании кода, соответствующего разности количества имиульсов частоты, пропорциональной измер емому напр л :ению за врем  измерени  и кода начальной установки, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  аналого-цифрового1- Analog-digital conversion method based on converting the measured and two reference voltages into the pulse frequency and forming a code corresponding to the difference in the number of frequency emulsions proportional to the measured voltage: the measurement time and the initial setting code, o t and and with the fact that, in order to increase the speed of the analog-digital преобразовани , врем  измерени  формируют подсчетом импульсов частоты, пропорциональной коду разности количеств импульсов частот, пропорциональных первому и второму эталонным наир л ени м, иодсчитайных за эталонное врем , а код начальной установки формируют, вычита  из количества импульсов частоты, пропорциональной одиому из эталонных напр жений за врем  измерени  кода, номинальное значенпе этого эталонного напр жени .conversion, measurement time is formed by counting frequency pulses proportional to the code of the difference in the number of frequency pulses proportional to the first and second reference solids iodine counted over the reference time, and the initial setup code is formed by subtracting from the number of frequency pulses proportional to one of the reference voltages for code measurement time, the nominal value of this reference voltage. 77 2. Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее преобразователь «напр жение-частота, вход которого через аналоговые переключатели соединен с выходами источников двух эталонных напр жений и измер емого напр жени , нервые трн входа блока управлени  соединены с управл ющими входами аналоговых переключателей , первые входы первого, второго , третьего и четвертого элементов И соединены с четвертым, п тым, шестым и седьмым выходами блока управлени  соответственно , а вторые входы соединены с выходом преобразовател  «напр жение-частота , входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с выходами первого и второго, третьего и четвертого элементов И соответственно, входы двоичного2. A device for carrying out the method according to claim 1, comprising a voltage-frequency converter, whose input is connected via analog switches to the outputs of two reference voltage sources and a measured voltage, for the first time the input of the control unit is connected to the control inputs of analog switches , the first inputs of the first, second, third and fourth elements I are connected to the fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the control unit, respectively, and the second inputs are connected to the output of the voltage converter is the frequency, the inputs of the first and second up-down counter connected to outputs of the first and second, third and fourth AND gates, respectively, the inputs of the binary 8eight умножител  соединены с выходами первого суммирующего и второго реверсивного счетчиков, а выход соединен с входом второго суммирующего счетчика, выход которого соединен с входом блока унравлени , входы элемента ИЛИ соединены с четвертым и п тым выходами блока управлени , первый вход п того элемента И соединен с выходом генератора эталонной частоты, второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход соединен с входом первого суммирующего счетчика.the multiplier is connected to the outputs of the first summing and second reversing meters, and the output is connected to the input of the second summing meter, the output of which is connected to the input of the control unit, the inputs of the OR element are connected to the fourth and fifth outputs of the control unit, the first input of the fifth And element is connected to the output generator reference frequency, the second input is connected to the output of the OR element, and the output is connected to the input of the first summing counter. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1. Авторское свидетельство СССР 415679, кл. G 06J 3/00, 1973.1. USSR author's certificate 415679, cl. G 06J 3/00, 1973. 2. Патент США № 3633202, кл. 340-347 AD, 1972 (прототип).2. US patent No. 3633202, cl. 340-347 AD, 1972 (prototype).