Claims (2)
согласно способу, измер емое напр реобразование осуществл етс ующим образом. а первый такт (первое эталонное ) получают F. + kU, F. код частоты, соответствующий подключению первого эталонного источника, измеренной за эталонное врем ; начальна частота; коэффициент, характеризующий крутизну преобразовани ; напр жение первого эталонного источника. начени FQ и k все три такта изме при достаточно малой длительи такта (эталонное врем ) пракски не измен ютс . Второй и третакты измерени по длительности ы первому такту. Каждый такт с эталонное врем ).(2) FO - k(U, оэтому +Uo). СЗ) о F - код частоты,.соответствующий подключению последовательно включенных первого и второго эталонных источников напр жени (измерение на втором т&кте); - код частоты, соответствующий подключению последовательно включенных измер емому и первому эталонному на пр жени м (измерение на третьем такте) формул (2) и (1) следует жение должно быть пропорц времени измерени , т, е. где е const - коэффицие циональности. Обозначим Fj - F N При этом отметим, что рэльное число, Разобъем врем измерени ных интервалов Т N Поставим вырежёнк (8) в формулу (7) e-N &t ( F) U e(Fi)-F7I. Так как Uy const и e const то, из выражени (11) следует, что временные интервалы ut, суммированием которых образуетс врем измерени , обратно пропорциональны коду разности количеств импульсов частот, пропо циональных сумме двух эталонных и первому эталонному напр жению. Таким образом, по предлагаемому способу резупьтат измерени можно по лучить к моменту окончани третьего такта. Дл этого достаточно выбрать величину коэффициента пропорциональности такой, чтобы временной интерва t, сформированный по импульсу соответстаугощей частоты, заканчивалс до поступлени следующего импульса этой частоты. Результат измерени по пред лагаемому способу не зависит от знач ни Напр жени первого эталонного ис точника, достаточно, чтобы это значе ние было посто нным все три такта из мерени . Это позвол ет не только повысить точность измерени , но и упростить устройство, работающее по предлагаемому способу.Устройство работает следующим образом . По команде Начальна установка (шины не показаны) триггер 19 уста98 навливаетс в О, подава запрет на элемент И 15 и разрешение на элемент И 1. В первую чейку регистра 7 записываетс 1, в остальных двух чейках этого регистра записываетс О. Счетчики 20-23 устанавливаютс в состо ние О. В регистр 2k устанавливаетс число, пропорциональное зна-ч чению и , причем коэффициент пропорциональности дл напр жени Unvравен коэффициенту пропорциональности дл напр жени Uy и пропорционального ему числа в счетчике 23. Сн тие команды Начальна установка вл етс моментом начала измерени . Так как на переключатель 4 с первой чейки сдвигающего регистра 7 подан сигнал 1, а на переключатели 5 и 6 с выходов второй и третьей чейки регистра 7 поданы сигналы О, то переключатели 5 и 6 отсоедин ют источники 2 и 3 от входа преобразовател напр жение - частота 10, а переключатель 4 соедин ет выход источника 1 с входом преобразовател 10. Частота на выходе преобразовател FO k- где F. начальна частота преобразовател tO; k - крутизна характеристики преобразовател 10. Эта частота через элемент И 11 поступает на вычитающие входы счетчиков 20 и 21. В течение первого такта измерени , длительность которого определ етс коэффициентом делени делител 9- При переполнении этого делител с его выхода поступает импульс на -тактирующий вход сдвигающего регистра 7. 1 из первого его разр да сдвигаетс в второй разр д (в первом разр де остаетс О), начинаетс второй такт измерени . Переключатель 4 подключает выход источника 1 к входам источников 2 и 3, переключатель 5 подключает вход источника 2 к входу преобразовател 10. Частота на выходе преобразовател 10 ( Uv,+ Ue), FZ FC так как источники 1 и 2 оказались включенными последовательно. Эта частота F поступает с выхода преобразовател 10 через элемент И 12 на суммирующий вход счетчика 20 в тече ние второго такта, который заканчива етс по импульсу с выхода делител 9 поступающему на тактирующий вход сдвигающего регистра 7, поэтому 1 из его второго разр да сдвигаетс в третий разр д. Это момент начала третьего такта измерени . Переключатель 5 отключает выход источника 2 от входа преобразовател 10, а переключатель 6 подключает источник 3 измер емого напр жени к входу преобразовател 10. Частота на выходе преобразовател 10 + k(Uo-H), пг,) так как источники 1 и 3 включены последовательно. Это частота поступа ет через элемент И 13 на вход элемен та И 1А и на вход установки в 1 триггера 18 в течение третьего такта измерени , до поступлени импульса переполнени с выхода делител 9 на сдвигающий вход регистра 7. Обозначим длительность каждого такта через Т const. Тогда число импульсов с выхода преобразовател 10 за первый, второй третий такт равны соответственно 8 счетчике 20 записано число NZO ,.. В счетчик 21 на первом такте пост пает N импульсов, на вычитающий вход На третьем такте по каждому импульсу с выхода элемента И 13 триггер 18 устанавливаетс в состо ние 1, разреша прохождение импульсов с генера тора 8 через элемент И 16, на вход элемента И 15. На другом входе элемен та И 15с начала третьего такта сигнал запрета, так как-триггер 19 по начальной установке находитс в состо нии О. В начале третьего такта как уже указывалось выше, импульсы с выхода преобразовател 10 через элемент И 13 поступают на вход элемента И 1, на другом входе элемента И 1 разрешение с инверсного плеча триггера 19- Импульсы с выхода элемента . И k через элемент ИЛИ 17 поступают на суммирующий вход счетчика 21. Как только количество этих импульсов станет равно N 1 (именно столько импульсов поступило на вычитающий вход счетчика 21 на первом такте) сигнал обнулени с выхода счетчика 2Г поступает на вход триггера 19f устанавлива триггер 19 в состо ние 1. С инверсного плеча этого триггера на вход элемента И 1 поступает теперь сигнал запрета, тем самым прекращаетс поступление импульсов на суммирующий вход счетчика 21 с выхода элемента И I, а навход элемента И 15 поступает сигнал разрешени , и. импульсы с выхбда генератора В через элементы И 16, И 15 элемента ИЛИ 17 поступаj6t на суммирующий вход счетчика 21, Который в рассматриваемый момент (установки триггера 19 в 1) обнулен . Так как выходы счетчика 21 соединены с входами двоичного умножите л« 25, то заполнение импульсами генератора счетчика 21 вызывает по вление импульса на выходе двоичного умножител 25. Этот, импульс установит триггер 18 в состо ние О, тем самым запрещаетс прохождение импульсов гене|эатора через элемент 1б, соответственно с выхода элемента И 15 На вход счетчика 22 поступление импульсов прекращаетс . При поступлении следующего импульса с выхода элемента 13 триггер 18 вновь устанавливаетс в 1, импульсы генератора 8 проход т через элементы И 16, И 15, ИЛИ 17, на суммирующий вход счетчика 21 - до по влени импульса на выходе двоичного умножител 25, устанавливающего триггер 18 в О. Процесс повтор етс по каждому импульсу с выхода преобразовател 10. Определим длительность временного интервала, в течение которого триггера 18 наход тс в состо нии О. При заполнении счетчика 21 частотой генератора 8 (обозначим ее Fg, причем Hg const), частота на выходе двоичного умножител 25 где Е - емкость счетчиков 20 и 21. 05) (16) поУчитыва выражеки;лумим ( )(1 F - F- Длительность пребывани триггера 18 в .состо нии 1 t J- Е 1 ( 19) Таким образом, временной интервал формируемый триггером 18 обратно про порционален коду разности количеств импульсов частот,пропорциональных сум ме двух эталонных и первому эталонному напр жению. Эти временные интервалы формируютс по каждому импульсу час тоты Fj, пропорциональной сумме пер вого эталонного и измер емого напр жений с момента, когда количество импульсов этой частоты станет равно N., т, е. коду час-тоты пропорционал ной первому эталонному напр )«ению, В течение каждого интервала tjg на вход счетчика 22 с выхода элемен та И 15 поступают импульсы с частотой FO Пусть в регистре 2 устано лено по начальной установке некоторое число N24- Тогда число в счетчи ке результата 23 Г --рГ- 20) Число в счетчике 22 получаетс суммированием временных и|нтервалов t.. т. e.Mai--F8 s - (4:ie)Hr v tFx-Ft . tieNa4 . тогда N Если выполнить счетчики 20-22, одинаковой емкости Е, то подставл в формулу (21) значение t ,g из выражени (19), получаем г-Уу f 1-Л v, 11 - У-. Fe-Tb-fJvraA. Е - VFa.-F ).. .. blbu. Т т , Подставив в это выражение значени формул (12), (13), (1) получаем аг и Таким образом, в счетчике 23 зафиксировано число пр мопропор9 цйональное измер емому напр жению. Следует обратить внимание на коэффициент пропорциональности выражени (22), в котором Uyy, const, а значениеН А можно устанавливать произвольно . Это дает возможность измен ть коэффициент пропорциональности между числом в счетчике результата и измер емым напр жением только установкой соответствующего значени N. Таким образом, результат не зависит от погрешности установки первого эталонного источника, т. е. достаточно , чтобы три такта измерени напр жени этого источника было посто нным. Кроме того, источник второго эталонного напр жени U-, можно выполн ть без тонкой регулировки, например, в виде цепочки последовательно включенных стабилитронов, а точность соотношени (22) обеспечить подбором коэффициента N24- Это не только позвол ет сделать напр жение второго эталонного источника более стабильным, но и значительно упрощает изготовление и эксплуатацию устройства. Формула изобретени 1.Способ аналого-цифрового преобразовани , основанный на преобразовании в частоту следовани импульсов первого эталонного напр жени и подсчета импульсов частот за эталонное врем , отличающийс тем, что, с целью повышени точности, после преобразовани в частоту следовани импульсов первого эталонного напр жени преобразуют в частоту следовани импульсов сумму первого и второго эталонных напр жений, затем сумму первого эталонного и измер емого напр жений, а врем измерени формируют суммированием временных интервалов , обратно пропорциональных коду разности количеств импульсов частот, пропорциональных сумме двух эталонных и первому эталонному напр жений, причем временные интервалы формируют по каждому импульсу частоты, пропорциональной сумме первого эталонного измер емого напр жений, начина с момента равенства количества импульсов этой частоты коду частоты, пропорциональной первому эталонному напр жению . 2.Устройство дл осуществлени способа по п. 1, содержащее преобразователь напр жение-частота, вход которого через первый, второй и третий переключатели соединен соответственно с выходами первого и второго эталонных и измер емого источников напр жений , а выход соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены с управл ющими входами переключателей и с соответствующими выходами сдвигающего регистра, вход которого через делитель соединен с выходом генератора и с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом первого двоичного умножител , первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, вычитающий и суммирующий входы последнего соединены соответственно с выходами перЁого и второго элементов И, а нулевой выход второго триггера соединен с первым входом п того элемента И, отличающеес тем, что в него введены третий и четвертый счетчики, второй двоичный умножитель, регистр установки , шестой элемент И и элемент ИЛИ, 9 9И первый вход которого соединен через п тый элемент И с выходом третьего элемента И и единичным входом первого триггера, второй вход соединён с выходом шестого элемента И и через последовательно соединенный третий счетчик, второй двоичный умножитель с входом четвертого счетчика, в выход соединен с суммирующим входом второго счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход переноса - с единичным входом второго триггера, единичный выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, при этом выход регистра установки подключен к потенциальным входам второго двоичного умножител , а входы источников второго эталонного и измер емого напр жений подключены к выходу первого переключател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Бромберг Э. И. и др. Тестовые методы повышени точности измерений. М., Энерги , 1978, с. 121-125. according to the method, the measured strain is carried out in a coherent manner. and the first clock (first reference) is given F. + kU, F. frequency code corresponding to the connection of the first reference source, measured during the reference time; initial frequency; the coefficient characterizing the steepness of the transformation; voltage of the first reference source. Starting FQ and k, all three clock cycles at a sufficiently short cycle time (reference time) do not change the prakks. The second and third measures for the duration of the first cycle. Each clock cycle from the reference time.) (2) FO - k (U, therefore + Uo). FF) F is the frequency code corresponding to the connection of the first and second reference voltage sources connected in series (measurement at the second t &); - the frequency code corresponding to the connection of series-connected to the measured and first reference on the strands (measurement on the third cycle) of formulas (2) and (1) should be proportional to the measurement time, t, e. where e const is a coefficient. Denote Fj - F N At that, we note that the real number, Dividing the time of the measurement intervals T N Put a notch (8) in the formula (7) e-N & t (F) U e (Fi) -F7I. Since Uy const and e const, it follows from expression (11) that the time intervals ut, the summation of which forms the measurement time, are inversely proportional to the code of the difference in the number of frequency pulses, which are proportional to the sum of the two reference voltages and the first reference voltage. Thus, according to the proposed method, the measurement result can be obtained by the end of the third cycle. To do this, it is enough to choose the value of the proportionality coefficient such that the time interval t, formed by the pulse corresponding to the aforesaid frequency, ends before the next pulse of this frequency arrives. The result of the measurement according to the proposed method does not depend on the value of the voltage of the first reference source, it is sufficient that this value be constant for all three measures of measurement. This makes it possible not only to improve the measurement accuracy, but also to simplify the device operating according to the proposed method. The device works as follows. At the command Initial installation (tires not shown) trigger 19 is set to 0, by giving a ban on AND 15 and permission for AND 1. In the first cell of register 7 is written 1, in the remaining two cells of this register is written O. Counters 20-23 set to state O. In register 2k, a number is set that is proportional to the value, and the proportionality factor for voltage is equal to the proportionality factor for voltage Uy and the number proportional to it in counter 23. Removing the command Initial setting is a measurement start point. Since the signal 4 from the first cell of the shift register 7 is given to the switch 4, and the signals O and 5 are switched to the switches 5 and 6 from the outputs of the second and third cell of the register 7, the switches 5 and 6 disconnect the sources 2 and 3 from the input of the voltage converter - frequency 10, and switch 4 connects the output of source 1 to the input of converter 10. The frequency at the output of converter FO k is where F. is the initial frequency of converter tO; k is the slope of the converter 10 characteristic. This frequency, through element 11, goes to the subtractive inputs of counters 20 and 21. During the first measurement cycle, the duration of which is determined by the division factor of divider 9. When this divider overflows, its output receives a pulse to the-activated input shift register 7. From its first bit, 1 is shifted to the second bit (O remains in the first bit), the second measurement cycle starts. Switch 4 connects the output of source 1 to the inputs of sources 2 and 3, switch 5 connects the input of source 2 to the input of converter 10. Frequency at the output of converter 10 (Uv, + Ue), FZ FC since sources 1 and 2 turned on in series. This frequency F comes from the output of converter 10 through AND 12 to the summing input of counter 20 during the second clock cycle, which ends on a pulse from the output of divider 9 arriving at the clock input of the shift register 7, so 1 of its second bit is shifted to the third bit This is the start time of the third measurement cycle. Switch 5 turns off the output of source 2 from the input of converter 10, and switch 6 connects the source 3 of measured voltage to the input of converter 10. Frequency at the output of converter 10 + k (Uo-H), pg,) as sources 1 and 3 are connected in series . This frequency enters through the element AND 13 to the input of the element AND 1A and to the input of the installation in 1 of the flip-flop 18 during the third measurement cycle, before the overflow pulse from the output of the divider 9 to the shift input of the register 7. Denote the duration of each cycle by T const. Then the number of pulses from the output of the converter 10 for the first, second third cycle is equal to, respectively, 8 counter 20, the number of NZOs is recorded, .. In counter 21, on the first clock cycle there are N pulses, to the subtracting input. In the third clock cycle for each pulse from the output of the And 13 trigger 18 is set to state 1, permitting the passage of pulses from generator 8 through element 16, to element 15 input. At the other input of element 15c of the beginning of the third cycle, the prohibition signal, since trigger 19 is in the initial state A. At the beginning of the third measure to As mentioned above, the pulses from the output of the converter 10 through the element And 13 arrive at the input of the element And 1, at the other input of the element And 1 resolution from the inverse shoulder of the trigger 19- The pulses from the output of the element. And k through the element OR 17 is fed to the summing input of the counter 21. As soon as the number of these pulses is equal to N 1 (exactly the number of pulses received at the subtracting input of the counter 21 in the first cycle) the zero signal from the output of the counter 2Г is fed to the trigger input 19f by setting the trigger 19 state 1. The inhibit signal now arrives from the inverse arm of the trigger to the input of the element I 1, thereby stopping the flow of pulses to the summing input of the counter 21 from the output of the element I I, and the input of the element 15 receives the enable signal . pulses from the generator output V through elements AND 16, AND 15 of the element OR 17 enters j6t to the summing input of counter 21, which at the considered moment (the trigger settings 19 in 1) are reset. Since the outputs of counter 21 are connected to the inputs of the binary multiplier l 25, filling the pulses with the generator 21 causes a pulse at the output of the binary multiplier 25. This pulse sets the trigger 18 to state O, thereby preventing the passage of generators | element 1b, respectively, from the output of the element 15 to the input of the counter 22, the flow of pulses stops. When the next pulse arrives from the output of the element 13, the trigger 18 is again set to 1, the pulses of the generator 8 pass through the elements AND 16, AND 15, OR 17, to the summing input of the counter 21 - until a pulse appears at the output of the binary multiplier 25 that sets the trigger 18 in O. The process repeats for each pulse from the output of converter 10. Determine the duration of the time interval during which trigger 18 is in state O. When counter 21 is filled with generator frequency 8 (we denote it by Fg, and Hg const), the frequency is out of two of the multiplier 25, where E is the capacity of the counters 20 and 21. 05) (16) by looking at expressions; lumim () (1 F - F- Duration of the trigger 18 in the state 1 t J- Е 1 (19) Thus, the temporary the interval formed by trigger 18 is inversely proportional to the code of the difference in the number of frequency pulses proportional to the sum of two reference voltages and the first reference voltage. These time intervals are formed for each pulse frequency Fj proportional to the sum of the first reference voltage and the measured voltage from the moment the number pulses of this frequency will become p Avno N., t, e. The frequency code is proportional to the first reference voltage. During each tjg interval, the input of the counter 22 from the output of the 15 And element 15 receives pulses with the frequency FO. Let register 2 be set to initial setting a number N24- Then the number in the counter of the result is 23 G - rG- 20) The number in the counter 22 is obtained by summing the time and | interval intervals t .. t. e.Mai - F8 s - (4: ie) Hr v tFx- Ft. tieNa4. then N If you run counters 20-22, of the same capacity E, then substituting the value t, g from expression (19) into formula (21), we get r-y f 1-Л v, 11 - Y-. Fe-Tb-fJvraA. E - VFa.-F) .. .. blbu. T, Substituting the formulas (12), (13), (1) into this expression, we get ag and Thus, in the counter 23, the number of right-hand proportional to the measured voltage is recorded. Attention should be paid to the proportionality factor of expression (22), in which Uyy, const, and the value of A And can be set arbitrarily. This makes it possible to change the coefficient of proportionality between the number in the result counter and the measured voltage only by setting the appropriate value N. Thus, the result does not depend on the error of the first reference source, i.e., it is enough that three cycles of measuring the voltage of this source was constant. In addition, the source of the second reference voltage U- can be performed without fine adjustment, for example, in the form of a chain of series-connected zener diodes, and the accuracy of the relation (22) can be ensured by selecting the coefficient N24- This not only allows the voltage of the second reference source to be more stable, but also greatly simplifies the manufacture and operation of the device. Claim 1. An analog-to-digital conversion method based on converting to a pulse frequency of a first reference voltage and counting frequency pulses in a reference time, characterized in that, to improve accuracy, after converting to a pulse frequency of a first reference voltage, into the pulse frequency the sum of the first and second reference voltages, then the sum of the first reference voltages and the measured voltages, and the measurement time is formed by summing the time and The intervals inversely proportional to the code of the difference in the number of frequency pulses proportional to the sum of two reference and first reference voltages, with time intervals forming for each pulse a frequency proportional to the sum of the first reference measured voltage, starting from the moment the number of pulses of this frequency is equal to a frequency code proportional to the first reference voltage. 2. A device for carrying out the method according to claim 1, comprising a voltage-frequency converter, the input of which is connected via the first, second and third switches to the outputs of the first and second reference and measured voltage sources, respectively, and the output is connected to the first inputs of the first, the second and third elements are And, the second inputs of which are connected to the control inputs of the switches and to the corresponding outputs of the shift register, the input of which through the divider is connected to the output of the generator and to the first input is a quarter About element I, the second input of which is connected to the unit output of the first trigger, the zero input of which is connected to the output of the first binary multiplier, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second counters, the subtractive and summing inputs of the last one are connected respectively to the outputs of the first and second And elements, and the zero output of the second trigger is connected to the first input of the fifth element And, characterized in that the third and fourth counters are entered into it, the second binary multiplier, the register The sixth element AND and OR, 9 9I, the first input of which is connected through the fifth element AND to the output of the third element AND and the single input of the first trigger, the second input is connected to the output of the sixth element AND, and through the serially connected third counter, the second binary multiplier with the input of the fourth counter to the output is connected to the summing input of the second counter, the subtracting input of which is connected to the output of the first element I, and the transfer output to the single input of the second trigger, the single output of which is connected to the first stroke sixth AND gate, a second input coupled to an output of the fourth AND gate, the output setting register connected to voltage inputs of the second binary multiplier, a second reference input source and the measured voltages are connected to the output of the first switch. Sources of information taken into account in the examination 1. E. Bromberg and others. Test methods for improving the accuracy of measurements. M., Energie, 1978, p. 121-125.
2.Авторское свидетельство СССР № 78837, кл. Н 03 1 13/20, 07.07-78.2. USSR author's certificate number 78837, cl. H 03 1 13/20, 07/07/78.