SU769734A1 - Способ аналого-цифрового преобразовани и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

1

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.

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.

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.

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).

Недостатки способа и устройства - низкое быстродействие.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи .

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 этого

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 первого

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 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.

Структурна  электрическа  схема устройства дл  осуществлени  способа приведена на чертеже.

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 15

эталонной частоты, реверсивные счетчики

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.

По команде «измерение, поступающей на блок 8, начинаетс  процесс измерени , состо щий из двух тактов; калибровки и измерени . Такт калибровки разбит на три

подтакта. На первом подтакте калибровки блок 8 через аналоговый переключатель 4 подключает источник 1 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота fi:

P.F.i + K,U,

где Foz - начальна  частота преобразовател ;

Kt - крутизна преобразовател .

Частота г поступает через элемент И 12,

на который подано разрещение с седьмого

выхода блока 8, на врем  ti const на

суммирующий вход реверсивного счетчика

17,в котором за врем  ti поступит количество импульсов NI.

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.

2--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.

2 - 4onst 2 const ( + ).

После первых двух подтактов калибровки в реверсивном счетчике 17 будет записано количество импульсов NZ.

IV, N,- N, . ,оп,,. Ki (U - и,).

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

ЭТ

П

yV,

где NS - код в реверсивном счетчике 17: N - емкость реверсивного счетчика 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 ) :

Л

изм -

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

N, - „зм -г, - ( + ).

JsT-V.i

На втором такте - такте измерени  - блок 8 через аналоговый переключатель6 подключает источник 3 на вход преобразовател  7, на выходе которого формируетс  частота

F, F,, + К,и,.

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:;

N,.-N,

(F,, + KiU,}.

jr - изм X

,

После такта измерени  в реверсивном счетчике 16 будет записано количество импульсов Лвых. If и 1 г т

. (Ux-Uo}

/ эт-Л:,

Ki(,}

f/д.- f/O

А

Ki(U,,

и.

и„

где

А const.

ЭТconst

Таким образом, на результат аналогоцифрового преобразовани  не вли ют систематические погрешности преобразовател  7, иогрещность «ухода нул  (Fo;) и погрешность «изменени  крутизны (Кг).

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 при

измерении измер емого напр л ени  «нулева  частота (foO и «крутизна (/(,-).

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   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-цифрового

   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 .

   7
2. 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 двоичного

   8

   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.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР 415679, кл. G 06J 3/00, 1973.

   2. Патент США № 3633202, кл. 340-347 AD, 1972 (прототип).