Библиотеьса

289794

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союв Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 18ЛЧ.1969 (№ 1321658/18-24) с присоединением заявки № 1321656. 18-24

Приоритет

Опубликовано 14Л1!.1972. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 21.IV.1972

М. Кл. Н 03k 13 20

G 061 3 00

Комитет па делам ивобретеиий и открытий при Совете Кииистров

СССР

УДК 681.325 (088.8) Авторы изобретения

А. А. Богородицкий, T Н. Рыжевская, А. Г. Рыжевский и В. М. Шляндин

Пензенский политехнический институт

Заявитель йтт 1Б3" .Тh.КА

СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАН ИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

Известны способы аналого-цифрового преобразования электрических величин (напряжения, частоты, длительности импульсов и т . д.), основанные на использовании для оценки различных разрядов преобразуемой величины образцовых мер, отношение которых равно отношению единиц дискретности соответствующих разрядов. При этом преобразуемая величина или остаток ее от предыдущего сравнения последовательно сравнивается с различными образцовыми мерами, начиная со старшей.

Известен также способ получения одного дополнительного разряда преобразуемой величины без существенного уменьшения образцовой меры при преобразовании в код длительности импульсов, основанный на использовании электронного нониуса. Этот способ заключается в формировании с момента окончания преобразуемого временного интервала нониусной последовательности импульсов, период повторения которых отличается от периода повторения импульсов, образцовой частоты, заполняющих старшие разряды счетчика, на единицу дискретности младшего дополнительно оцениваемого разряда.

РезулЬтат преобразования уточняется по числу импульсов нониусной последовательности, прошедших на счетчик с момента запуска до момента совпадения одного из этих импульсов с импульсом образцовой частоты.

Получение этим способом большего, чем один, числа дополнительных разрядов приводит к увеличению времени преобразования каждого следующего дополнительного разря1р да на порядок, и, следовательно, к резкому снижению среднего быстродействия преобразователя, Предлагается способ аналого-цифрового преобразования аналоговых электрических величин в код, позволяющий осуществлять преобразование, используя образцовые меры одного порядка без снижения быстродействия преобразователя, который отл Гчается тем, что, с целью повышения быстродействия, 2р формируют длительность импульсов опорной последовательности равной дискретности оцениваемого разряда, а паузу — равной периоду следования нониусной последовательности импульсов того разряда, с которым сравнивается опорная последовательность импульсов, и оценивают остаток от сравнения опорной и нонпусной последовательности импульсов.

На фпг. 1 показаны шкалы образцовых

Зр мер; на фиг. 2 — блок-схема преобразовате289794 (2) 65 ля; на фиг. 3 — временные диаграммы напряжений в различных точках устройства.

Для преобразования в код неизвестной величины Х образуют несколько (по числу преобразуемых разрядов) шкал образцовых мер (см. фиг. 1). Измеряемую величину Х сопоставляют с опорной шкалой I, образованной образцовыми мерами Мь равными единице дискретности старшего разряда. Отсчет первого знака производят по числу меток (О, 1, 2, ...,9) опорной шкалы до точки совпадения с преобразуемой величиной Х.

Затем с опорной шкалой 1 сопоставляют: шкалу 11 второго разряда, образованную образцовыми мерами N> и сдвинутую относительно шкалы 1 на величину остатка ЬХ от первого сравнения; шкалу III третьего разряда, образованную образцовыми мерами М и сдвинутую относительно шкалы 1 на величину остатка ЛХ от второго сравнения, и т. д. по числу разрядов преобразуемой величины.

Образцовые меры М; каждой шкалы выбирают из условия:

AI> — M;=hi, где Л1 — единица дискретности i-ro разряда.

При преобразовании второго, третьего и т. д. разрядов каждую образцовую меру опорной шкалы I представляют в виде суммы зоны совпадения, равной единице дискретности оцениваемого разряда, и зоны несовпадения.

На фиг. 1 линия 1а представляет шкалу 1 при оценке второго разряда, линия Iб — шкалу 1 при оценке третьего разряда, заштрихованные участки С и C> — зоны совпадения, Н и Н вЂ” зоны несовпадения, Отсчет каждого знака, начиная со второго, производят по номеру метки соответствующей шкалы, совпавшей с одной из зон совпадения опорной шкалы.

В приведенном примере преобразуемая величина Х равна 123 условным единицам. Под величиной Х здесь следует понимать обобщенный преобразуемый параметр, конкретный вид которого (напряжение, частота, длительность импульсов и т. д.) не изменяет последовательности и содержания опер аций преобразования.

Применение предлагаемого способа позволит в ряде случаев упростить реализацию преобразователей и повысить их быстродействие. В частности, при преобразовании в код длительности импульсов значительно снижаются требования к быстродействию пере=четных схем; при преобразовании в код низких частот можно получить линейную зависимость аналог — код за несколько периодов входной частоты без существенного усложнения схемы.

Предлагаемый способ аналого-цифрового преобразования можно пояснить на примере измерения длительности импульсов.

15 г0 г5

Блок-схема показанного на фиг. 2 преобразователя включает входной формирователь 1, триггер управления 2, ключ 8, генератор 4 счетных импульсов, счетчик 5 и набор нониусных схем по числу дополнительных разрядов (в данном примере трех). Каждая нониусная схема состоит из схемы задержки б — б с отводами, схемы сборки 7 —

7, схемы совпадений 8 — 8, расширителя импульсов 9 — 9З, ключа 10 — 10 и счетчиКа 11 — 11з

Входной формирователь 1 формирует на выходе два импульса, соответствующих началу и концу преобразуемого временного интервала Т,. Первый из этих импульсов, перебрасывая триггер 2, запускает генератор 4 счетных импульсов и открывает ключ 8, через который в счетчик 5 проходят счетные импульсы с периодом следования То. Второй импульс, соответствующий концу временного интервала T„возвращает триггер 2 в исходное состояние, закрывая ключ 8 и прекращая тем самым счетным импульсам с генератора 4 доступ в счетчик 5. Таким образом, в счетчике фиксируется число по, соответствующее значению старших разрядов преобразуемой величины. Одновременно этот импульс поступает на вход схемы задержки б первого дополнительного разряда и открывает ключ 10 .

С отводов схемы задержки через схему сборки 7 снимается последовательность импульсов с периодом повторения Т„ равным величине временной задержки между двумя соседними отводами схемы и выбираемым из соотношения

Т,=0,9 То.

Импульсы этой последовательности поступают на один из входов схем совпадений 8 и через открытый ключ 10 на вход счетчика 11 первого дополнительного разряда. На второй вход схемы совпадений 8 поступают расширенные расширителем 9 до длительности т — — 0,1 То импульсы опорной последовательности с выхода генератора 4. Очевидно, что при выбранном соотношении (1) один из девяти импульсов с выхода схемы сборки 7 совпадает с одним из расширенных импульсов опорной последовательности. В этот момент схема совпадений 8 закрывает ключ 10, и в счетчике 11 фиксируется количество импульсов пь равное значению первого дополнительного разряда преобразуемой величины, оцениваемого первой нониусной схемой. Одновременно импульс с выхода схемы совпадений поступает на вход схемы задержки б второго дополнительного разряда и открывает ключ 10 . С выхода схемы сборки 7 снимается последовательность импульсов с периодом повторения

7 = — 0,99 Тю.

Как 11 в первой нониуспой схеме, эти импульсы поступают па один из входов схемы

289794

Т,= (1 10- ) Т,, т,=10 То. (4) Предмет изобретения

Способ аналого-цифрового преобразования электрических величин, например длительности импульсов, путем сравнения с периодом йовторения импульсов опорной последовательности и оценкой остатка сравнением с нониусной последовательностью импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют длительность импульсов опорной последовательности равной дискретности оцениваемого разряда, а паузу — равной периоду следования нониусной последовательности импульсов того разряда, с которым сравнивается опорная последовательность импульсов, и оценивают остаток от сравнения опорной и нониусной последовательностей импульсов.

53

Т =То. 210 — n;, z-=o (6) Tzzp — — To Х П;.

z-o совпадений 8 и через открытый ключ 10 на входе счетчика 11 второго дополнительного разряда. На второй вход схемы совпадений 8 поступают при этом расширенные расширителем 9 до длительности т =0,01 То импульсы опорной последовательности с выхода генератора 4. При выбранном соотношении (2) один из девяти импульсов второй последовательности импульсов совпадает с одним из расширенных импульсов опорной последовательности. В момент совпадения схема совпадений 8 закрывает ключ 10, и в счетчике 11 фиксируется количество импульсов п, равное значению второго дополнительного разряда преобразуемой величины. Одновременно импульс с выхода схемы совпадений 8 поступает на вход схемы задержки б третьего дополнительного разряда и открывает ключ 10 . Тоетий дополнительный разряд работает аналогично. Период следования импульсов третьей последовательности выбирается равным

Тз=0,999 Tzz, а расширенные импульсы опорной последовательности, поступающие на вход схемы совпадений 8З, должны иметь длительность т =0,001 Тп. Число дополнительных разрядов в схеме прибора огРаничивается в основном требованиями к быстродействию схем совпадения и ключей и может достигать нескольких единиц. При этом пепиод Т; следования импульсов с выхода схемы задержки -го дополнительного разряча должен выбираться из условия а длительность т; имп льсов опорной последовательности, поступающих на одич из входов схемы совпадения г-го разряда, выбирается из условия

Основное уравнение шкалы преобразователя временных интервалов для случая двух дополнительных разрядов имеет вид п2 ° Т2+ Т ° Т +Тк = Т0 (n0+nz+n2) ) или с учетом формуч (1) и (2)

Т =То(по+0,1п z+0 01п ) . (5)

Для общего случая, когда имеется т дополнительных разрядов, величина преобразуемого интервала времени определяется из выражения где и; †чис в счетчике -го дополнительного разряда.

Время преобразования для случая т дополнительных разрядов составит

З0

Погрешность дискретности о цифрового измерителя интервалов времени определится из выражения б — 60 10 где бо — погрешность дискретности при оценке основных разрядов преобразуемой величины; т — число дополнительных разрядов.

Из выражений (5) и (6) видно, что значения т; длительностей расширенных импульсов опорной последовательности непосредственно не входят в уравнение шкалы прибора. Однако из фиг. 1 можно сделать вывод, что, если не выполняется условие (4) и длительность т ; импульсов в одном из разрядов превьш)ает номинальную, опречеленную из условия (4), в этом разряде может произойти совпадение одного из расширенных импульсов не с и;-ным импульсом соответств чошей последовательности, а с и; — 1-ным импульсом, что приведет к ошибке в оценке знака этого разряда и вызовет сбой в работе поибора, так как ни один из девяти импульсов последовательности следующего разряда не совпадет в этом случае с импульсом опопной последовательности. Отмеченный недостаток легко устраняется последовательным соединением счетчиков дополнительных разпядов с целью осуществления переноса возможного импульса переполнения из младшего дополнительного разряда в более старший, а также увеличением числа отводов схем задеожек дополнительных разрядов, с целью исправления возникшей ошибки при неппавильном совпадении импульсов в предыдущем разряде. Так, увеличение числа отводов схем задержек свыше девяти на один, два и т. д. позволяет осуществлять расширение импульсов опорной последовательности с погрешностью соответственно около 10, 20О/О и т. д.

Все изложенное выше относилось к устройству, работающему в десятичной системе счисления, однако на основе предлагаемого устройства возможно построение прибора, работающего в системе счисления с любым основанием.

389794

13

19 по 1

Г1

gw п, 1

n„

Фиг g

Составитель В. Махнанов

Техред Т. Ускова

Редактор Л. Утехина

Корректор Т. Миронова

Типография, пр. Сапунова, 2

18

1Я гю г

Заказ 1033/10 Изд. № 475 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5