SU1167699A2 - Аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св. № 984041, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, введены три дополнительных счетчика и три дополнительных триггера, выходы которых соединены с третьими входами регистра пам ти, первые входы - с выходом четвертого триггера и с первыми входами дополнительных счетчиков, а вторые входы - с выходами дополнительных счетчиков соответственно , вторые входы которых соединены с выходом шестого счетчика, а третьи входы с соответствующими шинами задани  порога.

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в приборостроении дл  св зи первичных измерительных преобразователей физических параметров с цифровыми устройствами обработки информации автоматизированных систем управлени .

По основному авт. св. № 984041 известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий семь счетчиков импульсов, восемь элементов И, четыре формировател  импульсов, четыре триггера, элемент ИЛИНЕ , делитель частоты на два, элемент ИЛИ, ждущий мультивибратор, два ключа , блок управлени  записью в регистр нул , потенциометр, резистор, конденсатор, регистр нул , регистр пам ти, два блока сравнени  напр жений, первый вход первого из которых соединен с входной шиной, выход подключен к входу первого формировател  импульсов, первый вход второго блока сравнени  подключен к движку потенциометра, вторые входы первого и второго блоков сравнени  подключены к выходу первого ключа, входу второго ключа и первой обкладке конденсатора, вход первого ключа через зар дный резистор подключен к шине источника опорного напр жени  и к первому выводу потенциометра , второй вывод которого, втора  обкладка конденсатора и выход второго ключа соединены с общей шиной, выход второго блока сравнени  через второй формирователь импульсов подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с вторыми входами второго и третьего триггеров, подключен к второму входу первого элемента И и второму входу третьего элемента И, второй выход первого триггера подключен к второму входу четвертого элемента И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ, первый выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента И и первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к третьим входам первого и второго элементов И и к входу третьего формировател  импульсов, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, входом «Запись третьего счетчика импульсов и первым входом третьего триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам второго и первого ключа, шина импульсов опорной частоты подключена к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого счетчика импульсов , разр дные выходы которого соединены с соответствующими входами второго счетчика импульсов, счетный вход которого подключен к шине импульсов тактовой

частоты, выходы разр дов третьего счетчика импульсов подключены к соответствующим шинам, а выход соединен со счетным входом седьмого счетчика импульсов, выходы разр дов которого подключены к соответствующим вторым входам регистра пам ти, выход второго счетчика импульсов соединен с первым входом седьмого элемента И и с входом делител  частоты на два, выход которого подключен к счетному входу

0 четвертого счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом дев того элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу третьего счетчика импульсов, суммирующий

вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, выходы переноса «- и «-|- третьего счетчика импульсов соединены соответственно с первым входом четвертого триггера и первым входом второго тригQ гера, второй выход которого подключен к вторым входам седьмого и дев того элементов И, выходы разр дов третьего счетчика импульсов подключены к соответствующим входам п того счетчика импульсов и регистра нул , выходы разр дов

5 которого соединены с соответствующими входами третьего счетчика импульсов, выход первого формировател  импульсов соединен с входом «Запись п того счетчика импульсов и вторым входом блока управлени  записью в регистр нул , первый вход

0 которого соединен с шиной импульса установки нул , а выход подключен к входу «Запись регистра нул , выход переноса «- п того счетчика импульсов соединен с первым входом регистра пам ти и входом четвертого формировател  импульсов , выход которого соединен с вторым входом первого триггера, входами «Сброс третьего и четвертого счетчиков импульсов и вторым входом четвертого триггера, выход которого подк тючен к входу «Сброс

0 седьмого счетчика импульсовС.

Недостатком известного изобретени   вл ютс  ограниченные функциональные возможности при использовании его, например, в системе дозировани  сыпучих материалов. В таких системах в услови х св занного

5 многокомпонентного весового дозировани  требуетс  следить за работой нескольких тензодатчиков, аналоговые сигналы с которых несут информацию о массе дозируемого материала. Избыточность или отсутствие материала на таре, а также достижение измер емой массы определенного промежуточного значени   вл ютс  оперативной информацией , котора  должна поступать незамедлительно к оперативному или в АСУ ТП, что требует создание сложной

5 схемы в случае аппаратной реализации анализа кода с аналого-цифрового преобразовател .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный преобразователь введены три дополнительных счетчика и три дополнительных триггера, выходы которых соединены с третьими входами регистра пам ти , первые входы - с выходом четвертого триггера и с первыми входами дополнительных счетчиков, а вторые входы - с выходами дополнительных счетчиков соответственно , вторые входы которых соединены с выходом шестого счетчика, а третьи входы с соответствующими шинами задани  порога. На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Аналого-цифровой преобразователь содержит счетчики 1-7 импульсов, элементы 8-16И, первый и второй блоки 17 и 18 сравнени  напр жений, формироВ;Этели 19- 22 импульсов, триггеры 23-26, элемент 27 ИЛИ-НЕ, делитель 28 частоты на два, элемент 29 ИЛИ, ждущий мультивибратор 30, ключи 31 и 32, блок 33 управлени  записью в регистр нул , потенциометр 34, резистор 35, конденсатор 36, регистр 37 нул , регистр 38 пам ти, дополнительные счетчики 39-41, дополнительные триггеры 42-44. Первый выход первого блока 17 сравнени  напр жений соединен с входной щиной, а выход - с входом первого формировател  импульсов, первый вход второго блока 18 сравнени  напр жений соединен с движком потенциометра 34, вторые входы первого и второго блоков сравнени  подключены к выходу первого ключа 32, входу второго ключа 31 и первой обкладке конденсатора 36, выход первого ключа 31 через резистор 35 подключен к щине источника опорного напр жени  и к первому выводу потенциометра 34, второй вывод которого, втора  обкладка конденсатора и выход второго ключа соединены с общей щиной, выход второго блока 18 сравнени , через второй формирователь 21 импульсов подключен к первому входу первого триггера 25, второй вход которого соединен с вторыми входами второго 24 и третьего 23 триггеров, первый выход первого триггера подключен к второму входу первого элемента 9 И и второму входу третьего элемента 10И, второй выход первого триггера 25 подключен к второму входу элемента 27 ИЛИ-НЕ первый выход второго триггера 24 подключен к второму входу второго элемента 8И и первому входу третьего элемента 10И, выход которого соединен с первым входом элемента 27 ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к третьим входам первого и второго элементов И и по входу третьего формировател  импульсов, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, входом «Запись третьего счетчика 3 импульсов, первым входом третьего триггера 23, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами второго 31 и первого 32 ключа, шина импульсов опорной частоты подключена к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого счетчика 1 импульсов , разр дные выходы которого соединены с соответствующими входами вторъго счетчика 2 импульсов, счетный вход которого соединен с шиной импульсов тактовой частоты , выходы разр дов третьего 3 счетчика соединены с соответствующими входами четвертого счетчика 4, первый выход первого триггера 25 соединен с третьим входом п того элемента 16И, второй вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора 30, а выход соединен с вторыми входами щестого 12 и восьмого 14 элементов И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим входом п того счетчика и первым входом элемента 29 ИЛИ, а первые входы - к шине импульсов тактовой частоты и счетно .му входу щестого счетчика 6 импульсов , разр дные входы которого соединены с соответствующими масштабирующими щинами , а выход соединен со счетным входом седьмого счетчика 7 импульсов, выходы разр дов которого соединены с соответствующими вторыми входами регистра пам ти, выход второго счетчика 2 импульсов соединен с первым входом седьмого элемента, 13И и с входом делител  частоты 28 на два, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика 4 импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента 29 ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу третьего счетчика 3 импульсов, суммирующий вход которого соединен с выходом седьмого элемента 13 И, выходы переноса «- и « + третьего счетчика 3 импульсов соединены соответственно с первым входом четвертого триггера 26 и первым входом второго триггера 24, второй выход которого подключен к вторым входам седьмого 13 и дев того 15 элементов И, выходы разр дов третьего счетчика 3 импульсов подключены к соответствующим входам п того счетчика 5 и.мпульсов и регистра 37 нул , выходы разр дов которого соединены с соответствующими входами третьего счетчика 3 импульсов, выход первого формировател  20 импульсов соединен со входом «Запись п того счетчика 5 импульсов и вторь м входом блока 37 управлени  записью в регистр нул , первый вход которого соединен с щиной импульсов установки нул , а выход подключен к входу «Запись регистра нул , выход переноса «- п того счетчика 5 импульсов соединен с первым входом регистра пам ти и входом четвертого формировател  22

импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого триггера 25, входами «Сброс третьего и четвертого счетчиков импульсов и вторым входом четвертого триггера 26, выход которого соединен с входом «Сброс седьмого счетчика 7 импульсов .

Устройство работает следующим образом .

Начало цикла преобразовани  определ етс  моментом по влени  импульса на выходе формировател  22. Этим импульсом триггеры 23-26 устанавливаютс  в исходное состо ние и осуществл етс  сброс счетчиков 3 и 4. Сигнал «1 с второго выхода триггера 24 поступает на вторые входы элементов 13 и 15И, разреща  прохождение частоты fi с выхода счетчика 2 через элемент ЗИ на суммирующий вход счетчика 3 и частоты Гз с выхода счетчика 4 через элементы 15И и 29 ИЛИ на вычитающий вход счетчика 3. В начальный момент времени частота f 3, завис ща  от величины кода в счетчике 3, равна нулю. Код N в счетчике 3 начинает нарастать со скоростью, определ емой частотой fi. По мере роста кода N увеличиваетс  частота Ь на выходе счетчика 4, котора , поступа  на вычитающий вход счетчика 3, замедл ет скорость нарастани  кода N. Таким образом, за счет цепи обратной св зи включающий делитель 28, счетчик 4, элементы 15И и 29 ИЛИ, код N в счетчике 3 нарастает по экспоненциальному закону.

Сигнал «О с первого выхода триггера 23 размыкает ключ 32, а сигнал «1 с второго выхода этого триггера замыкает ключ 31. Конденсатор 36 начинает зар жатьс  через резистор 35 током источника опорного напр жени . Причем зар д конденсатора 36, напр жение на котором измен етс  по экспоненциальному закону, начинаетс  одновременно с началом формировани  цифровой экспоненты.

Во врем  формировани  обеих экспонент частота f, определ юща  скорость нарастани  цифровой экспоненты, остаетс  неизменной , так как на входы элемента 10И с первых выходов триггера 24 и 25 поступают сигналы «1.

С выхода элемента 10И сигнал «1 подаетс  на вход элемента 27 ИЛИ-НЕ, «О с выхода которого поступает на третьи входы элементов 8, 9И, запреща  прохождение импульсов частотой fo на суммирующий и вычитающий входы счетчика 1, код L в счетчике 1, который определ ет величину частоты fi, не измен етс . Изменение частоты {, автоматически осуществл емое схемой преобразовател  с целью сложени  цифровой экспоненты за аналоговой, производитс  после окончани  одной из экспонент.

При равенстве входного напр жени  UBX с напр жением на конденсаторе 36 срабатывает блок 17 сравнени  напр жени , сигнал с выхода которой через формирователь 20 производит запись мгновенного значени  кода из счетчика 3 в счетчик 5. Код в счетчике 5 хранитс  до момента окончани  обеих экспонент, после чего с ним производ тс  операции вычитани  «нулевого кода и масштабировани . Во врем  зар да конденсатора 36 напр жени  на нем измен етс  по закону

(l-1), где t - текущее врем ;

Та - посто нна  времени аналогового генератора зар да конденсатора 36;

Vo - опорное напр жение. В счетчике 3 код измен етс  по закону.

(l-Г%

где Tt;- посто нна  времени цифрового генератора;

NO - код, к которому стремитс  цифрова  экспонента. Подставл  

.ln(l-U), .

получим (l-).

Отсюда видно, что 1 Тц получаетс  линейна  зависимость кода в счетчике 3 от напр жени  на конденсаторе 36.

Частота fi на выходе счетчика 2 определ етс  выражением . f,-io-L.

где L - код в счетчике 1; П2 - число разр дов счетчика 2.

,

где К - коэффициент, показывающий во сколько раз частота h меньще частоты fi. На выходе счетчика 4 импульсы следуют с частотой

, где N - код в счетчике 3;

П4 - число разр дов счетчика 4. В установившемс  режиме f JzlbL f,

16- -

Выбрав объем счетчика 2 0,5No, где пз - число разр дов счетчика 3, получим , 2 Если объемы всех счетчиков одинакоБЫ,то

,5.

В схеме преобразовател  частоту ,5fi получают при помощи делител  28 частоты . Получим выражение дл  посто нной времени цифрового генератора.

В начальный момент времени цикла преобразовани  код в счетчике 3 ,

поэтому частота fa на выходе счетчика 4 равна нулю. Скорость нарастани  кода в счетчике при определ етс  только частотой fi

cW dr

«о f

.

Отсюда„., „

Т 1 или Tu 2 -.Измен   величину кода LB счетчике I, можно измен ть посто нную времени цифрового генератора.

После включени  питани  преобразовател  измен ют Тцтаким образом, чтобы выполнилось равенство

,

где ta - врем  от начала формировани  аналоговой экспоненты до момента сравнени  ее с пороговым напр жением Unop;

tu - врем  от начала формировани  цифровой экспоненты до момента достижени  его величины Nnop.

(l-()l. Величина Nnop определ етс  объемом счетчика 3, равным 0,5 No, т. е. импульс переноса «+ счетчика 3 соответствует моменту достижени  цифровой экспонентой величины N.Q., 0,5Nai, получим

0,(l--y) J.

Дл  получени  линейной зависимости кода в счетчике 3 от напр жени  на конденсаторе 36 необходимо, чтобы . Тогда ,5Vo.

Величина порогового напр жени  Unop устанавливаетс  при помощи потенциометра 34.

Изменение посто нной времени Tu цифрового генератора производ т следующим образом . Предположим, что tu оказалось больще ta. В этом случае импульс сравнени  а;налоговой экспоненты с величиной. УПОР на выходе элемента 18 сравнени  напр жений по вл етс  раньще, чем импульс сравнени  цифровой экспоненты с Nj,jj, с выхода переноса «-|- счетчика 3. Импульс с выхода блока 18 сравнени  напр жений переводит триггер 25 в единичное состо ние по первому выходу. Триггеры 25 и 26 оказываютс  в противоположных состо ни х, на выходах элементов 10 и 11И будут «О. На выходе элемента 27 ИЛИ-НЕ по вл етс  «1. На второй вход элемента 8И подаетс  «1 с первого выхода триггера 25, поэтому последовательность импульсов частоты fo проходит через элемент 8И на суммирующий вход счетчика 3, а через элемент 9И не проходит, так как он закрыт по второму входу.

После окончани  цифровой экспоненты импульс с выхода переноса «+ счетчика 3 переводит триггер 24 в единичное состо ние по первому выходу, на выходе элемента 27 ИЛИ-НЕ по вл етс  «О,

запрещающий прохождение частоты fo через элементы 8, 9И. Таким образом, частота fo поступает на суммирующий вход счетчика 1 в течение времени tu-ta, код 4 в счетчике 1 увеличиваетс , поэтому в следующем цикле преобразовани  цифрова  экспонента будет нарастать с меньшей посто нной времени Tu и раньще достигнет величины Nnop, врем  t уменьшитс . Если tu было значительно больше ta, 0 что возможно сразу после включени  источника питани , то необходимы несколько циклов преобразовани  дл  уменьшени  Tu, чтобы выполн лось равенство.

.

В случае, когда t4 окажетс  меньше

to( на врем  t,-tu, будет открыт элемент 9И. Импульсы с частотой f будут поступать на вычитающий вход счетчика 1, уменьша  код в нем и, следовательно, увеличива  посто нную времени Tu.

0 В момент окончани  второй экспоненты (цифровой или аналоговой) на выходе элемента 27 ИЛИ-НЕ формируетс  отрицательный перепад напр жени , по которому формирователем 19 формируетс  импульс, производ щий запись кода Nn на регистре

5 37 нул  в счетчик 3 и перевод щий триггер 23 в единичное состо ние по первому выходу. «1 с первого выхода триггера 23 замыкает ключ 32, а «О с второго выхода этого триггера размыкает ключ 31, начинаетс  разр д конденсатора 36. Врем 

зар да конденсатора 36 определ етс  длительностью импульса ждущего мультивибратора 30, который также запускаетс  импульсом с выхода формировател  19, и временем счета в режиме вычитани  счетчика 5.

На второй и третий входы элемента 16И после окончани  импульса ждущего мультивибратора 30 на первом выходе элемента 16И также по вл етс  «1 и разрещаетс  прохождение импульсов частоты fo на вычитающие входы счетчиков 3 и 5. Так как в счетчике 3 записан код N4 из регистра 37 нул , соответствующий исходному значению входного сигнала, а в счетчике 5 - код, соответствующий текущему значению UBX, то импульс с выхода переноса «-

5 счетчика 3 по витс  раньще, чем с выхода переноса счетчика 5.

Импульсом переноса счетчика 3 триггер 26 переводитс  в нулевое состо ние по второму выходу, снимаетс  сигнал «Сброс с входа счетчика 7, и в течение времени

t --г-- в этом счетчике производитс  набор кода с частотой

,{.Л 4

5 где М - код, подаваемый на разр дные входы счетчика 6 с масштабного переключател ; Пб - число разр дов счетчика 6.

Claims (1)

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св. № 984041, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей, введены три дополнительных счетчика и три дополнительных триггера, выходы которых соединены с третьими входами регистра памяти, первые входы — с выходом четвертого триггера и с первыми входами дополнительных счетчиков, а вторые входы — с выходами дополнительных счетчиков соответственно, вторые входы которых соединены с выходом шестого счетчика, а третьи входы с соответствующими шинами задания порога.