Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погрешностей преобразователя . Изобретение позволяет .повысить точность преобразования путем компенсации -указанных погрешностей . Это достигается тем, что в способе аналого-цифрового преобразования , основанном на преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины U. с помощью преобразователя аналог -частота , затем преобразования в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых величин Ug-, + и,„. и подсчете импульсов этих частот реверсивными счетчиками за эталонное время, которое задается блоком управления, с последующим определением.разности подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой величины (Uj-r + Uj, )- U , преобразуют затем в частоту следования импульсов измеряемую аналоговую величину и за эталонное время, после чего с помощью вычитающего счетчика, реверсивного счетчика формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных импульсов частот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов частот , пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых и изме (О (Л с: ряемой аналоговой величины (U + и,, ) - и. 5М IJN подсчитанных с помощью генератора импульсов, элемента И, формируют вторую частоту запот1нения, кратную первой частоте заполнения и обратно пропорциональную разности ( + ) - , и заполняют сформированный временной интервал второй частотой заполнения, подсчитывают импульсы этой частоты реверсивным счетчиком, по количеству импульсов судят о результате аналогоцифрового преобразования. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. кэ ел ОО to .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (504 Н ОЗИ! 50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО DEJlAM ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3835225/24-24 (22) 03,01 . 85 (46) 15.08. 86. Бюп. 9 30 (7 1) Центр альн ое конструктор ское бюро гидрометеорологического приборостроенияя (72) В.И.Тимофеев (53) 681,325 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 769734, кл ° Н 03 К 3:/20, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 938399, кл. Н 03 К 13/20, 1980. (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной и мультипликативной погрешностей преобразователя, Изобретение позволяет .повысить точность преобразования путем компенсации указанных погрemностей, Это достигается тем, что в способе аналого †цифрово преобразования, основанном на преобразовании в частоту следования импульсов эталонной аналоговой величины U c помощью преобразователя аналог частота, затем преобразования в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых величин

U» + U, „ и подсчете импульсов, SU» 1251327 А I этих частот реверсивными счетчиками за эталонное время, которое задается блоком управления, с последующим определением разности подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой величины (U.„+ V„,„)- U„ йреобразуют затем в частоту следоваЪ ния импульсов измеряемую аналоговую величину U, за эталонное время, <3 после чего с помощью вычитающего счетчика, реверсивного счетчика формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных импульсов частот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов час- ( тот, пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых и измеряемой аналоговой величины (U„»

+ U.„) — 11.,, пoд чигм ны cc оомощью генератора импульсов, элемента

И, формируют вторую частоту заполнения, кратную первой частоте заполнеФв юб ния и обратно пропорциональную разности (Ц + UÄ ) — П„„. и запол- М няют сформированный временной интер- 4 вал второй частотой заполнения, подсчитывают импульсы этой частоты реверсивным счетчиком, по количеству импульсов судят о результате аналогоцифрового преобразования. 2 з.п.ф-лы,,В

5 ил. 1

1251 327

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано в системах автоматического измерения, а также н качестве автономного измерительного прибора с автоматической цифровой коррекцией аддитивной имультипликативной погрешностей преобразования аналоговой неличины в цифровой код.

Целью изобретения является повышение точности преобразования, I

На фиг.! изображена функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — алгоритм работы способа; на фиг.3 — вариант подключения датчиков, на фиг ° 4 — вариант выполнения блока управления; на фиг. 5временные диаграммы работы блока управления.

8 состав устройства входят датчики эталонной l и измеряемой 2 аналоговых величин, аналоговые ключи 3 и 4,:лок 5 управления, преобразователь 6 аналог-частота, элементы И 7, 8, генератор 9 импульсов, элемент

И 1О, триггер 11, элемент И 12, элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14, группа элементов И 5, вычитаюший счетчик 1б импульсов, делитель 17 . частоты с постоянным коэффициентом деления, реверсивный счетчик 18, выходная шина 19.

Блок 5 управления (фиг.4) содержит генератор 20 импульсов, счетчик

?1 импульсов, дешифратор 22.

Аналогоцифровое преобразование поданному способу осуществляется следующим образом .

На первом такте работы на вход

40 преобразователя б подключают датчик эталонной аналоговой величины А „, Поскольку преобразователь 6 вносит в результат преобразования аддитивную N«и мультипликатинную к. погрешности измерения (нызываемые в общем случае изменениями температур.. но-влажностного режима, уходами источников питания т.д, ), результат преобразования первого такта можно представить в виде

N, N; +kA» (1)

На втором такте работы на вход преобразователя 6 подключают датчик измеряемой аналоговой величины А ;

Результат преобразования второго такта можно представить в виде ! !о, + k; A„° (2) Ва третьем такте работы на вход преобразователя 6 подключают датчик эталонной А„и измеряемой А „аналогоных величин. Результат преобра-. зования третьего такта можно предk А„

Т х (4) п м ачит

Сформированный нременной интервал

Т„ заполняется импульсами F частоты заполнения, которая прямо пропорциональна частоте f генератора и обратно пропорциональна количеству импульсов аа

) гэп 1 А эт выходной код N b,„ (5) равен — — — (6) ап Ах

А„ f, выбирается

5bIv, Если частота f кратной f >Ä

f .„

f аГ тчит

А„ то N = 11 --"

Бах А

7Т (8) Кратность частот f,„„è f,, выбирается, исходя из требуемой точности аналого-цифрового преобразования и абсолютного значения величины

А „, Абсолютное значение частот f,„„, и Е,„ могут изменяться (даже в процессе одного цикла аналого-цифрового преобразования), однако, поскольку они однозначно связаны друг с другом. (например, f,„„ получаем делением частоты й,.„ в М раз), изменение этих частот не повлияет на конечный результат аналого-цифрового преобразования, Как видно иэ формулы (8), на результат аналого-цифрового преобразования не влияет аддитивная и мультипликативная погрешности преобразователя аналог-частота, причем аналого-цифровое преобразование осуществлено с использованием только одного эталонного источника аналоговой величины, Устройство работает следующим образом. ставить н виде

N =N +k (А,+А„) =N (3) (Последовательность подключения источников измеряемой и эталонной аналоговых величин может быть иной) .

На четвертом такте работы формируется временной интервал Т, путем считывания количества импульсов

N — N = k А импульсами частоЕ эт Х ты f,„

125! 327

На первом такте работы блок 5 размыкает аналоговый ключ 3 и замыкает аналоговый ключ 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будет подключен датчик 1 эталонной аналоговой величйны 1 (в конкретном случае это эталонный резистор R,). Если в качестве измеряемой аналоговой величины используется напряжение, то суммирование напряжений можно осущест- !О вить при помощи суммирующего операционного усилителя с управляемыми входами и т.д, Кроме того, блок 5 на первом такте работы подает разрешение йа время Т на элемент И 10, 15 и частота Г, с выхода преобразователя 6 поступает через элемент ИЛИ

13 на вычитающий вход счетчика 18, в котором к концу первого такта будет записано количество импульсов N, 20

+ Tck- A,, (9) где N . — адцитив н ая п о гр ешо ность преобразователя аналог-частота;

y, —. K (1by ) — крутизна преобразова- 25

1 ь теля б (в общем случае); ф — мультипликативная погрешность преобразователя аналог-частота;

Т вЂ” время первого такта с (равное времени на вт ор ом и тр ет ьем т актах) .

На втором такте работы устройства блок 5 замыкает аналоговый ключ 3, размыкает аналоговый ключ 4,- в результате чего на вход преобразователя б будет подключен датчик 2 (в конкретном случае это резистор

R величина которого зависит от измеряемой физической величины). Кроме того,на втором такте работы устройства блок 5 подает разрешение на время Т, на элемент И 8, и частота с выхода преобразователя 6 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 14 Н Ko2op1,1H 1X: КоН11 BTOp01 о такта поступит количество импульсов

Б = Т Р2 = Т 1с А + 1Чо ° (10)

На третьем такте работы устройства блок 5 размыкает аналоговые ключи, 5

3 и 4, в результате чего на вход преобразователя 6 будут последователь но поключены датчики 1 и 2. Кроме того, на третьем такте работы устройства блок 5 подает разрешение на время Т, на элемент И ? и частота

F с выхода преобразователя 6 постуь пает на суммирующие входы реверсивных счетчиков 14 и 18,,в которые к концу третьего такта поступит колич е ств о им пуль с ов N

Nç = TiF = N + T k (Aý, + A ) (11)

К концу третьего такта работы устроиства в реверсивном счетчике

14 будет подсчитано количество импульсов N

N, Ы N, Тk A„, (12) а в реверсивном счетчике 18 будет подсчитано количество импульсов N, 1в !з (13)

На четвертом такте работы устройства блок 5 подает импульс на

s — в ход триг rep а 11, устанавЛивая его в едИничное состояние, и с прямого выхода тригерра 11 разрешение поступает на вход элемента И 12, на другой вход которого поступает частота с выхода генератора 9. Частота f „, с выхода элемента И 12 поступает на вход вычитающего счетчика 1б, который в совокупности с группой элементов И 15 представляет собой двоичный делитель, с выхода которого на выходную шину 19 поступает частота f«

{14)

Т k Аэт

Кроме того, частота F „ через делитель 17 с постоянным коэффициентом М деления и элемент ИЛИ 13 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, уменьшая его содержимое до нуля, после чего триггер !1 возвращается в исходное, нулевое состояние. Время t „, в течение которого содержимое реверсивного счетчика 18 уменьшится до нуля, равно

N,МТ1сА

Я (15)

f „„ f)ÄÄ

Таким образом, за время на выходе шины 19 будет сформировано количество импульсов N

N = t . f =M - (16)

A алых и м 6 А

Уг

Как следует из формулы (16) на выходной код N результата анало6blX го-цифрового преобразования не влия1251327 ют аддитивная мультипликативная.погрешности преобразователя 6.

Блок управления работает следующим образом (фиг.4, 5).

Генератор импульсов 20 непрерывно вырабатывает импульсы, которые поступают на счетчик 21, выходами соединенный с входами дешифратора 22, на выходах которого вырабатывается 10 последовательность импульсов управления, необходимых для осуществления рассмотренных выше операций, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 15

1. Способ аналого-цифрового преобразования, заключающийся в преобразонании в частоту следования импульсон эталонной аналоговой величины 20 и подсчете импульсов этой частоты за эталонное время, преобразовании в частоту следования импульсов суммы эталонной и измеряемой аналоговых

Величин и подсчете импульсов этой 25 частоты за эталонное время, определении первой разности подсчитанных импульсон частот, пропорциональных сумме эталонной и измеряемой аналоговых величин и эталонной аналоговой 30 величины, отличающийся тем, что, с целью повьш ения точности преобразонания, осуществляют дополнительное преобразование в частоту следования импульсон измеряемой ана- З5 логовой величины и подсчет импульсов этой частоты за эталонное время, после чего формируют временной интервал, прямо пропорциональный первой разности подсчитанных импульсов час- 40 тот и обратно пропорциональный первой частоте заполнения, определяют вторую разность подсчитанных импульсов частот, пропорциональных сумме измеряемой и эталонной аналоговых величин и измеряемой аналоговой величины, формируют вторую частоту заполнения, кратную первой частоте заполнения и обратно пропорциональную второй разности подсчитанных импульсов частот, и формируют выход— ной код путем подсчета количества импульсов второй частоты заполнения на сформированном временном интервале.

2. Устройств о ан алого- цифрового пр еобраз он ания, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, датчики эталонной и измеряемой аналого— вых величин, первый и второй аналоговые ключи, выход первого аналого ного ключа соединен с входом преобразователя аналог-частота, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, суммирующие входы первого и второго реверсивных счетчиков импульсов объединены и соединены с выходом первого элемента И, вычитающие входы первого и второго реверсивных счетчиков импульсов соединены соотнетственI но с выходами второго элемента И и элемента KIH, выход второго реверсивного счетчика импульсов соединен с R-входом триггера, прямой выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, н него введены блок управления, вычитающий счетчик импульсов, группа элементов И, первые входы которых соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов, вторые входы объединены и соединены с выходом нычитающего счетчика и являются выходной шиной, а выходы группы элементов И соединены с у станов очными входами вычитающего счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с входом делителя частоты и соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выхо делителя частоты соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента

И, S-вход триггера соединен с первым выходом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственноо с и ервыми входами перв ого и второго аналоговых ключей, второй вход первого аналогового ключа объединен с входом датчика измеряемой аналоговой величины и соединен с объединенными выходами датчика эталонной аналоговой величины и второго аналогового ключа, вход которого и вход датчика эталонной аналоговой величины объединены и являются общей шиной, выход датчика измеряемой анаJ 251 327 логовой величины соединен с входом преобразователя аналог-частота, 3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на генераторе импульсов, счетчике импульсов, дешифраторе, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым, шестым, пятым и первым выходами блока управления, входы дешифратора соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов

125! 327

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул . Проектная, 4

<иа 5

Составит ел ь А. Титов

Редактор Н.Слободяник Техред Л.Сердюкова

Заказ 4426/58 Тираж 816

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор E.Рошко

Подписное