SU1547066A1 - Аналого-цифровой преобразователь с частотным преобразованием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к преобразовател м напр жени  в цифровой код с промежуточным преобразованием напр жени  в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации различных систем контрол  и управлени  технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового преобразовател  (АЦП)  вл етс  наличие погрешностей, возникающих при изменении частоты помехи, в течение длительности которой выполн етс  преобразование сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател  за счет уменьшени  вли ни  на результат преобразовани  этих погрешностей. АЦП содержит преобразователь напр жени  в частоту импульсов с входным аналоговым переключателем, вычитатель с ключом, три счетчика, два триггера, блок синхронизации, одновибратор, элементы И, ИЛИ, генератор и формирователь импульсов, нуль-орган. Новым  вл етс  введение триггера, двух одновибраторов и элементов И и ИЛИ, благодар  которым в АЦП исключено вли ние на результат преобразовани  изменени  времени измерени , которое задаетс  от внешней синхронизации, и тем самым повышаетс  точность АЦП. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

1

(21)4442995/24-24

(22)14.04.88

(46) 28.02.90. Бюл. № 8

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики

(72)Л.М. Лукь нов и А.П. Телепин (53) 681.325(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1150769, кл. Н 03 М 1/60, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1285600, кл. Н 03 М 1/60, 1985.

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (57) Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к преобразовател м напр жени  в цифровой код с промежуточным преобразованием напр жени  в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации различных систем контрол  и управлени  технологическими процессами. Недостатком известного аналого-цифрового

Изобретение относитс  к импульс- . ной технике, в частности ЯГ преобразовател м напр жени  в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани .

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого аналого-цифрового преобразовател  (АЦП); на фиг. 2 - блок-схема блока синхронизации; на фиг. 3 - временные диаграммы работы АЦП.

преобразовател  (АЦП)  вл етс  наличие погрешностей, возникающих при изменении частоты помехи, в течение длительности которой выполн етс  преобразование сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател  за счет уменьшени  вли ни  на результат преобразовани  этих погрешностей. АЦП содержит преобразователь напр жени  в частоту импульсов с входным аналоговым переключателем , вычитатель с ключом, три счетчика, два триггера, блок синхронизации, одновибратор, элементы И, ИЛИ, генератор и формирователь импульсов, нуль-орган. Новым  вл етс  введение триггера, двух одновибрато- ров и элементов И и ИЛИ, благодар  которым в АЦП исключено вли ние на результат преобразовани  изменени  времени измерени , которое задаетс  от внешней синхронизации, и тем самым повышаетс  точность АЦП. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит входные шины 1 и 2 преобразуемого и опорного напр жений Ьсоответственно, шину 3 синхронизаци , шину 4 запуска АЦП в работу, аналоговый переключатель 5 и ключ 6, вычитатель 7, преобразователь 8 напр жении в частоту импульсов, первый 9, второй 10 и реверсивный 11 счетчик, триггеры 12-14 такта, цикла и синхронизации соответственно, формирователь 15 импульсов, генератор 16 импульсов, нуль-орган 17, первый 18, второй 19

Oi

Ј |

о & &

И третий 20 одновибраторы, с первого По дев тый элементы И 21-29, с первого по четвертый элементы ИЛИ 30-33, блок 34 синхронизации, выходную шину 35 готовности результата преобразовани , выходную шину 36 результата преобразовани .

Блок 34 синхронизации выполнен на вычитающем счетчике 37, регистре 38, формирователе 39 импульсов, одновиб- Ьаторе 40, элементе И 41 и элементе рВД 42.

I На временных диаграммах работы АЦП обозначены: Ј3 - выходной импульс рдновибратора 18; 44 - выходные им- фгльсы нуль-органа 17; 45, 46 и 47 - Сигналы на 1 выходах триггеров 12, 13 и 14 соответственно; 48 и 49 - Сигналы на выходах элементов И 25 и 24, 50 и 51 - сигналы на выходах Элементов ИЛИ 33 и 32.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) работает следующим образом.

По сигналу запуска АЦП в работу., поступающему по шине 4, одновибратор 18 формирует сигнал выходной импульс 43, который устанавливает в О счетчики 9 и 11 и триггеры 14 и 13 (через элемент ИЛИ 32) ив 1 триггер 12. Сигнал запуска АЦП приходит перед сигналами синхронизации на шине 3, по которым нуль-орган 17 формирует выходные импульсы 44, формирующие врем  измерени  входного сигнала, равное Тгп 2Јс, где Ъс- период повторени  этих импульсов.

Первый импульс 44, проход  через элемент И 26, устанавливает 1 в триггере 13 и, поступа  на счетный вход триггера 14, устанавливает 1 в последнем (сигнал 47). С этого момента начинаетс  первый такт Т 1 работы АЦП. Сигнал 46 с 1 -выхода тригера 13 разрешает работу элементов И 27 и 22, через первый из которых на вход счетчика 11 поступают импульсы fx SUх с выхода преобразовател  8, так как переключатель 5 по сигналу 45, поступающему на его вход подключает сигнал Ux через второй- элемент И 22 и элемент ИЛИ 30, в результате чего на вход счетчика 9 по- . ступают импульсы формировател  1

Импульсы f ф, возникают при пере- ключении в О старшего разр да счетчика 10, т.е. при его переполнении о подсчета импульсов генератора 16, имеющего частоту f N0f0 (в N0 раз

более высокую по сравнению с прототипом ) .

Так как сигнал 45 запрещает прохождение импульсов f через элемен ИЛИ 31 и разрешает их прохождение через элемент И 29, то с выхода последнего они устанавливают 1 в старшем разр де счетчика 10с емкостью 2М0. Поэтому переполнение счетчика 10 будет происходить через N,, импульсов f, а частота повторени  импульсов ЈФ1 будет равна f/N0. Эти импульсы используютс  в блоке 34 дл  измерени  длительности Тс. При этом в нем формируетс  код Ng 2N0 - Nc, где 2N0 - емкость счетчика 37, a Nc может иметь величину от N0 до 2Nff. Величина N формируетс  с помощью счетчика 37, работающего на вычитание, и регистра 38, предназначенного дл  хранени  кода Nn. С приходом каждого импульса 44 сначала в регистр записываетс  код Na, полученный за врем  от предыдущего импульса до текущего а затем благодар  задержке формировател  39,устанавливаетс  код О в счетчике 37. При совпадении импульса 44 с импульсом f дл  исключени  возможной записи неверного кода N а во врем  переходного процесса в счетчике 37 осуществл етс  запуск одно- вибратора 40, выходной импульс которого , объедин  сь с Јф в элементе ИЛИ 42, сдвигает момент записи кода Nn в регистр на врем , большее времни переходного процесса в счетчике 37. Запись кода No будет выполн тьс  только в первом такте Т1 работы АЦП, так как в это врем  сигнал с 0 -выхода триггера 12 отсутствует и импульсы проход т через элемент ИЛИ 42 (в дальнейшем этот элемент из работы выключаетс ).

За врем  Тс, т.е. в течение длительности сигнала 48, импульсы f, с выхода элемента И 25 проход т через элементы И 27 и 21 на счетный вход второго младшего разр да счетчика 9, сформировали бы в нем код xn 2Tcf х. Но одновременно с fx на счетный вход младшего разр да счетчика 9 поступают импульсы f , которые проход т через элементы И 22 и ИЛИ 30 и далее через элемент И 28 на выход управлени  вычитанием счетчика 9. За врем  Тс количество этих импульсов будет равно ,, поэтому в счетчике 9,

имеющем емкость 2М0 удет получен код х .,, 2N0 - T0ffj + + 2Tcfx. Обеспечение правильной работы счетчика 9

импульсов

f,H

в случа х совпадени  осуществл етс  при

помощи одновибраторов 19 и 20 и элементов И 23 и 28. С каждым импульсом f% запускаетс  одновибратор 19, сигнал с 0 -выхода которого запрещает прохождение импульса через элемент- И 28, а сигнал с 1 -выхода разрешае работу элемента И 23. При совпадении импульсов fx и f последний проходит через элемент И 23 и запускает одно- вибратор 20, выходной сигнал которого объедин етс  в элементе ИЛИ 30 с импульсом удлин ет его, в результате чего в счетчике 9 сначала выполн етс  суммирование импульса f а затем уже вычитание импульса f

х

,

После окончани  сигнала 48 в счет чике 9 до окончани  сигнала 45 бу- ,- - дет происходить суммирование импуль- 25 сов f , так как элемент И 28 выключен из работы. Этот подсчет импульсов закончитс  при переполнении счетчика

представл ет собой предварительный результат преобразовани  хп, скорректированный в соответствии с изменением Тс, представленным Nc. После

9 и фиксации в нем кода 0, по котоокончани  сигнала 49 начинаетс  третий такт Т3 работы АЦП, в котором Ux

отключаетс  от вычитател  7 и с его рому сигнал 50 в элементе ИЛИ 33 сни- 30 выхода напр жение „ ПОдаетс  на маетс , в результате чего устанавли- преобразователь 8, вырабатывающий ваетс  в 0 триггер 12. За это вре- f SU0. Импульсы Јэ пром , т.е. за врем  Тц, на вход счетчика 9 поступит х импульсов Јф,:

должают уменьшать код 4N в счетчике 11 до нул  за врем  Т3, т.е. /IN

элемент И 29 и включаетс  в работу элемент ИЛИ 31, через который импульсы с выхода формировател  15 осуществл ют запись в счетчик 10 кода N- из блока 34. Это приводит к тому, что частота f$ будет изменена на f

Ј

7N, N ,

Nc

Импульсы f«, поступают на счетчик 9, где суммируютс . За врем  длительности сигнала 49,

котора  равна Т t 21й

Тстг

2Т -

сч

Ч

в счетчике 11 будет формиро

20

ван код dN -

N,- N2,

где Nt S(U0 - а в счетчике 9 - код х

х,

f

No N

Величина х

1

представл ет собой предварительный результат преобразовани  хп, скорректированный в соответствии с изменением Тс, представленным Nc. После

должают уменьшать код 4N в счетчике 11 до нул  за врем  Т3, т.е. /IN

х

fi

т

-2No х-м ТсЈф(- 2Tcfx;

-11

Т.(1 - 2

Сн тие сигнала 45 в элементе И 24 формирует сигнал 49, который с помощью ключа 6 подключает сигнал Ux на вход вычитдтел  7. Его выходной сигнал U - Utf - Ux подаетс  с помощью аналогового переключател  5, на управл ющем входе которого сигнал 45 отсутствует; на вход преобразовател  8, формирующего частоту fi S(U0 их)....

Сигнал с 0 -выхода триггера 12 в счетчике 11 включает режим вычитани , в результате чего импульсы fa будут уменьшать полученный в нем за Т, код NJ SU (Тс + . Это будет выполн тс  в течение второго такта Тг работы А1Щ, который заканчиваетс  по третьему импульсу 44, устанавливающему в 1 триггер 14 (сигнал 47). При сн тии сигнала 45 выключаетс  из работы

f т

I3i3

откуда Т3

Щ f СМтс Ј3 Ј3 Ux

V - (Ue- Ux)Ta - 2ТС- Т4.

О

В момент возникновени  кода О1

в счетчике 11 сн тие выходного сигнала 51 в элементе ИЛИ 32 устанавливает О в триггере 13, т.е. заканчиваетс  третий такт Т3 работы АЦП и преобразование АЦП, в результате чего на шине 36 устанавливаетс  ( окончательный результат преобразовани , о чем передаетс  информаци  по шине 35 сигналом 46.

Если к окончанию Т в счетчике 11 находитс  код О, то сигнал 49 через элемент ИЛИ4 32 также устанавливает в О триггер 13, в результате чего преобразование заканчиваетс  без выполнени  Tj.

Результат преобразовани  X формируетс  в счетчике 9, на вход которого в течение Т3 поступают импульсы Ј$ ,

корректирующие наход щийс  в нем предварительный результат х7 . Число этих импульсов за Т3 будет равно хэ поэтому окончательный результат преобразовани  равен Ux „„ Ux

Х4 + X.

и.

2N,

д

1 w

где /з - квант АЦП.

В А1Ш дл  правильной раббты вы- читател  7 и преобразовател  8 напр жение -U0 должно быть в два раза (как в прототипе) больше максимального сигнала UXm, т.е. U0 2U и квант АЦП

А-«Јв.

м

N о

Результат преобразовани  х не со- 1держит составл ющих погрешностей от N. Таким образом, при изменении времени -преобразовани  входного сигнала определ емого периодом помехи, по сравнению с прототипом, в котором во никает дополнительна  погрешность, в предлагаемом АЦП это изменение не вли ет на результат преобразовани , т.е. повышена точность его работы.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   , 1. Аналого-цифровой преобразователь с частотным преобразованием, содержащий аналоговый переключатель, первый информационный вход которого  вл етс  входной шиной и объединен с информационным входом аналогового ключа, а выход подключен к входу преобразовател  напр жени  в частоту импульсов, первый одновибратор, вход которого  вл етс  шиной запуска, а выход соединен с входами сброса первого счетчика и реверсивного счетчика и первым входом триггера такта, гене- ратор импульсов, выход которого соеди нен со счетным входом младшего разр да второго счетчика, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый вход последнего из которых подключен к выходу триггера цикла и объединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым вхо- . дом первого элемента ИЛИ, а второй вход объединен с первым входом третьего элемента И и с импульсным входом блока синхронизации, вход синхронизации которого соединен с выходом нуль- органа, вход которого  вл етс  шиной

   0

   5

   5

   0

   5

   . . .

   0

   5

   синхронизации, а кодовые выхода блока синхронизации соединены с одноименными входами второго счетчика, вход записи которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формировател  импульсов, вход которого подключен к единичному выходу старшего разр да второго счетчика, первый выход триггера такта соединен с входом управлени  вычитанием реверсивного счетчи- ка а второй выход - с управл ющим входом аналогового переключател , второй вход которого подключен к выходу аналогового вычитател , первый вход которого  вл етс  шиной опорного напр жени , второй вход соединен, с выходом аналогового ключа, управл ющий вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, выход первого элемента И соединен со счетным входом второго младшего разр да первого счетчика, счетный вход первого младшего разр да которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выходы разр дов  вл ютс  выходной шиной результата преобразовани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , в него введены второй и третий одновибраторы, триггер синхронизации , п тый, шестой, седьмой, восьмой и дев тый элементы И, третий и четвертый элементы ИЛИ, выход последнего из которых подключен к второму входу триггера такта, первый вход подключен к выходу п того элемента И и объединен с первыми входами первого и восьмого элементов И, а остальные входы - к выходам соответствующих разр дов первого счетчика , вход управлени  вычитанием которого соединен с выходом восьмого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а третий вход подключен к первому выходу второго одновибратора, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, а вход - с выходом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом реверсивного счетчика и подключен к выходу седьмого элемента И, первый вход которого соединен с выходом преобразовател  напр жени  в частоту импульсов, второй выход триггера такта соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и объединен с

   первыми входами п того, дев того и шестого элементов И, второй вход последнего подключен к выходу нуль- органа и объединен со счетным входом триггера синхронизации, первый выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, а вход сброса соединен с выходом первого одновибра тора и объединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, остальные входы - к выходам соответствующих разр дов реверсивного счетчика, а выход - к первому входу триггера цикла, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента И, третий вход вертого элемента И подключен к первому выходу триггера такта и объединен с управл ющим входом блока синхронизации , импульсный вход которого соединен с выходом Аормировател  импульсов и объединен с вторым входом дев того элемента И, выход которого подключен к счетному входу старшего разр да второго счетчика, выход третьего одновибратора подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а выход - к выходу третьего элемента И, третий вход которого соединен с вы-

   о

   5

   0

   5

   0

   ходом триггера цикла, объединен с вторым входом седьмого элемента И и  вл етс  выходной шиной готовности результата преобразовани , а второй, вход п того элемента И подключен к второму выходу триггера синхронизации .
2. 2. Преобразователь по п. отличающийс  тем, что блок синхронизации выполнен на вычитающем счетчике, регистре, формирователе импульсов, одновибраторе, элементе И и элементе ИЛИ, первый вход которого  вл етс  входом синхронизации блока, второй вход - управл ющим входом блока, третий вход через одновибратор подключен к выходу элемента И, первый вход которого  вл етс  входом синхронизации блока, второй вход - импульсным входом блока и объединен со счетным входом вычитающего счетчика, кодовые выходы которого соединены с соответствующими входами регистра, выходы разр  - дов которого  вл ютс  кодовыми выходами блока, а вход записи соединен с выходом элемента ИЛИ и объединен с входом формировател  импульсов, выход которого подключен к входу сброса вычитающего счетчика.

   Фиг.1

   Фиг. 2.

   етпш:

   51-I

   ftrt.3