SU1406792A1

SU1406792A1 - Устройство дл измерени аналоговых величин с автоматическим масштабированием

Info

Publication number: SU1406792A1
Application number: SU864155013A
Authority: SU
Inventors: Валерий Давидович Озерский; Яков Мануилович Кроль
Original assignee: Предприятие П/Я А-7162
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1988-06-30

Abstract

Изобретение относитс к импульсной технике и может быть использовано в информационных измерительных системах дл измерени аналоговых величин в широком диапазоне с автоматическим масштабированием. Изобретение позвол ет расширить область применени за счет измерени импульсных напр жений. Это достигаетс тем, что в устройство, содержащее блок 1 изменени масштаба, селектор 2 шкалы, распределитель 3 импульсов, элемент И 4, генератор 5 синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь 6, вьтолненный на нуль-органе 7, цифро- аналоговом преобразователе 8, блоке управлени 9, элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И-НЕ 18, элемент НЕ 19, элемент И 10, генератор И синхроимпульсов , одновибратор 12, введены блок 21 выборки и хранени , мультиплексор 22, повторитель 23 напр жени , селектор 24 режима, селектор 25 синхроимпульсов, регистр 20 последовательных приближений, элемент НЕ 26, D-триггер 27. 4 з.п.ф-лы, 7 ил. i U)

Description

fui I

Изобретение относитс к импульсной технике и может быть использовано в информационных измерительных системах дл измерени аналоговых величин в широком диапазоне с автоматическим масштабированием.

Целью изобретени вл етс расширение области Применени за счет

.Селектор 25 синхроимпульсов (фиг.6) содержит элемент 46 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент НЕ 47, элемент 48 задержки, элементы 49 и 50 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, RS-триггер 51, D-триггеры 52 и 53 и элементы 54 и 55 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Блок 9 управлени (фиг.7) состоит из D-триггера 56, элементов ИЛИ

обеспечени возможности измерени НЕ 57 и 58, п элементов 59 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, где п - число разр дов АЦП.

Устройство работает следующим образом .

При подаче сигнала на входную ши- 15 ну 14 срабатывает одновибратор 12

(фиг.25) и устройство устанавливаетс в исходное состо ние.

Импульс с выхода одновибратора 12 (фиг.2Ю вместе с импульсами генератопульсньгх напр жений.

На фиг.1 изображена функциональна схема устройства; на фиг.2 - диаграммы работы устройства в режиме измерени посто нных напр жений; на фиг.З - диаграммы работы устройства в режиме измерени импульсных напр жений; на фиг.4 - функциональна схема блока выборки и хранени ; на фиг.5функциональна схема селектора режи- 20 ра 1 1 (фиг.2а) поступает в селектор ма; на фиг.6 - функциональна схема 24, где после завершени всех переход- селектора синхроимпульсов; на фиг.7 - функциональна схема блока управлени .

Устройство (фиг.1) содержит блок 25 1 измерени масштаба, селектор 2 шкалы , распределитель 3 импульсов, элемент И 4, генератор 5 синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь ii (АЦП) 6 поразр дного уравновешива- Q

ных процессов в блоке 1 формируетс импульс Старт (фиг.2Б). Импульсы с выхода одновибратора 12 (фиг.2) и Старт поступают в селектор 25, где вырабатываютс синхроимпульсы АЦП (фиг. 2-2,3). При этом по импульсу Установка АЦП (фиг. 22.) регистр 20 и блок 9 устанавливаютс в исходное состо ние и на входах ЦАП 8 устанавливаетс код N 0,11..., а на его входах устанавливаетс напр жение 0 (ФИГ.2АА).

НИН, включаюшцй в себ последовательно соединенные нуль-орган 7, цифро- аналоговый преобр,азаватель (ЦАП) 8 и блок 9 управлени , последовательно соединенные элемент И 10 и генератор 11 синхроимпульсов, одновибратор 12, входные шины 13 и 14, выходные шины 15 и 16, элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И-НЕ 18, элемент НЕ 19, регистр 20 последовательного приближени , блок 21 выборки и хранени , мультиплексор 22, повторитель 23 напр жени , селектор 24 режима, селектор 25 синхроимпульсов, элемент НЕ 26, триггер 27 и входную шину 28.

На временных диаграммах (фиг.2 и 3) буквами 0,5, Ь,г,9,,,и, ,р,п, с, обозначены напр жени в соответ- ству1ош 1х точках схемы на фиг. 7.

Блок 21 выборки и хранени (фиг. 4) содержит пиковый детектор 29, сдвоенный компаратор 30, элементы НЕ 31-33, D-триггеры 34 и 35, элемент И 36, источник 37 пороговых напр жений.

Сепектор 24 режима (фиг.5) состоит из одновибратора 38, делител 39 частоты , счетчика 40 импульсов, элемента НЕ 4, мультиплексора 42 элементов ИЛИ 43 и 44, D-триггера 45.

ЩЕЕ ИЛИ, где п - число разр дов АЦП.

Устройство работает следующим образом .

При подаче сигнала на входную ши- ну 14 срабатывает одновибратор 12

Импульс с выхода одновибратора 12 (фиг.2Ю вместе с импульсами генератора 1 1 (фиг.2а) поступает в селектор 24, где после завершени всех переход-

По импульсу Старт (фиг.2Ь) заканчиваетс импульс Установка АЦП (фиг.22), После этого в селекторе 25 формируетс второй синхроимпульс АШ1 (фиг.29), который своим положительным фронтом определ ет знак измер емого напр жени относительно иц . При этом на входы блока 9 поступают сигналы Опрос нуль-органа (фиг.1, 2 ), Строб знака (фиг.1,2е) и сигнал с выхода нуль-органа 7.

Напр жение U поступает из блока 1 через мультиплексор 22 (фиг.2А), повторитель 23 на нуль-орган 7. В результате на выходе нуль-органа 7 по вл етс сигнал О, а на первом входе ЦАП В сигнал 1. Эти сигналы поступают на элемент 17, на выходе которого по вл етс сигнал 1. В результате, так как с инвертирующего выхода D-триггера 27 на другой вход элемента И-НЕ 18 поступает сигнал 1, на выходе этого элемента по вл етс сигнал О, на выходе элемента 19 сигнал 1 (фиг.2k). При этом на входах ЦАП 8 устанавливаетс код

I , 1 1 ... I , a на его выходе напр жение (з„. Если при этом U U , то на выходе элемента 18 будет сигнал О, а на выходе элемента 19 (фиг.2 к) - сигнал 1, открывающий элемент И А. В результате положительный перепад с элемента 26, соответствующий спаду импульса Старт, запускает генератор 5 и далее происходит переключение масштаба в блоке 1. По прошествии всех переходных процессов, св занных с переключени ми и масштабированием, селектор 24 выдает следующий импульс Старт (фиг. 2 В) и, если Uy 7 U , то снова срабатывает генератор 5 и происходит следующее переключение предела масштабировани . Если теперь после масштабировани и.;ицд„, то нуль-орган

7переключаетс в состо ние 1. На выходе элемента 17 по вл етс сигнал О, на выходе элемента 18 - сигнал I, а на выходе элемента 19 (фиг.1,2,к), который закрьшает элемент 4 по вл етс сигнал О. С приходом положительного перепада с элемента 26 переключател D-триггер 27 подает разрешающий потенциал (фиг.2ж на элемент 10, который направл ет синхроимпульсы с генератора 11 в селектор 25. Сигнал с выхода D-тригге- ра 27 (фиг.) одновременно поступает в селектор 24 и запрещает формирование импульса Старт. При этом из селектора 25 на вход блока 9 (фиг.1,

2г) поступают синхроимпульсы Опрос нуль-органа, а также сдвинутые на врем длительности одного синхроимпульса (что обусловлено временем установлени напр жени в ЦАП 8) синхроимпульсы (фиг.1,23), поступающие на вход А1Д11 6.

В результате в АЦП 6 происходит преобразование. Результаты масштабировани и преобразовани , выдаютс из устройства по тинам 15 и 16. Если U)( отрицательной пол рности, т.е . | U I / Сцд I , то после установки А1Д1 в исходное состо ние, когда блок 9 выдает на входы ЦАП 8 код О, I 1 ... 1, а на выходе ПАП 8 устанавливаетс напр жение l ;j,n 0) с приходом второго синхроимпульса АЦП (фиг.23) его положительным перепадом на выходах блока управлени по сигналу с нуль- органа 7 устанавливаетс код 0,00... Этот кпд устанавливает на выходе ЦАП

8напр жение, равное К, . При этом

0

5

0

5

0

5

на выходе элемента 17 по вл етс сигнал 1. Если и больше иц, (по абсолютной величине), то на нуль-органе 7 остаетс сигнал 1. В результате запускаетс генератор 5 и импульс через открытый элемент 4 поступает в селектор 3 и происходит переключение шкалы масштабировани в блоке . Если после этого оказьшаетс , что /Ux/ I ицдг,/, то на выходе элемента 17 по вл етс сигнал О. Элемент 4 закрываетс , элемент 10 открьшаетс и синхроимпульсы АЦП (фиг.23) поступают на преобразование в АЦП 6. Результаты масштабировани и преобразовани вьщаютс из устройства по шинам 15 и 16.

Режим преобразовани импульсного напр жени рассмотрим по фиг.1 и диаграмме на фиг.З. Дл обеспечени этого режима на вход 28 подаетс сигнал 1, который переводит устройство в селекторе 24 и блоке 21 в режим преобразовани импульсных напр жений . При этом в селекторе 24, кроме импульсов, поступающих с генератора 11, формируетс импульс Старт (фиг.ЗВ) и импульс Пуск (фиг.3п)| подготавливающий блок 21 к работе.

Блок 21 работает таким образом, что с приходом измер емых импульсов он формирует по фронту второго импульса после сигнала Пуск (фиг.31) сигнал Выборка (фиг.3с). Потенциал Выборка переводит блок 21 из след щего за сигналом Uy (режима Выборка ) в режим Хранение (фиксации) аналогового сигнала.

Таким образом, измер емое импульсное напр жение 11. , поступившее на входную шину 13 устройства, пройд блок 1 (фиг.Зр) мультиплексор 22, повторитель 23, поступает на вход блока 21 и через мультиплексор 22 на вход нуль-органа 7 АЦП (фиг.3л)., После прихода запускающего сигнала на входную шину 14 срабатывает одно- вибратор 12 (фиг.З) и устанавливает устройство в исходное состо ние. .При этом в селекторе 24 начинаетс формирование импульса Пуск, который по вл етс на выходе селектора 24 после завершени начальной установки всех элементов устройства. От импульса Пуск по фронту второго импульса (фиг.Зр) срабатьшает блок 21 и выдает перепад Выборки (фиг.Зс). Блок 21 переходит в режим

0

5

0

цан

хранени и переключает мультиплексор 22 таким образом, что сигнал с выхода блока 21 поступает на вход нуль-органа 7 (фиг.3л). Кроме того, этот же сигнал поступает на вход повторител 23, после которого он снова поступает на вход блока 21, что увеличивает врем хранени выбранного сигнала и повьппает точность запоминани . По перепаду Выборка (фиг.3с) в селекторе 24 формируетс импульс Старт (фиг.36), по которому в селекторе 25 заканчиваетс сигнал Установка АЦП (фиг.З г). При этом на входах ЦАП 8 устанавливаетс код О,11,..1, соответствующий напр жению 0 (фиг.3м). Далее по спаду второго синхроимпульса АЦП (фиг . 33 на входах ЦАП устанавливаетс код, обеспечивающий на его выходе напр жение или . если Uy Ццап то формируетс код 1, 11... 1 (+ЕОП), а если U ; U то 0,00...О (-ЕО„ ).

Таким образом, по окончании положительного перепада второго синхроимпульса АЦП (фиг.39) на выходе элемента 18 устанавливаетс сигнал О,а на выходе элемента 1 9 (фиг.Зк) - сигнал 1. В результате положительным фронтом с элемента 26 запускаетс генератор 5 (фиг.Зу), который запускает режим масштабировани . Перепад Выборка (фиг.3с), кроме импульса Старт (фиг.ЗЬ) в селекторе 2А, запускает режим формировани импульса Пуск, который поступает на выход П селектора 24 (фиг.З) после завершени всех коммутаций и нормализации в блоке 7. Если напр жение на выходе блока 21 (фиг.3л) оказываетс меньше U. д Qn з олютной величине, то на выходах элементов 18 и 19 сигналы мен ютс на противоположные . После прихода импульса Пуск (фиг.Зп) по фронту второго измер емого импульса (фиг.Зр) блок 21 снова переходит из режима Выборка в режим Хранение, Блок 21 выдает на первый выход (фиг.1) перепад управл ющего напр жени (фиг.Зс), При этом на втором выходе по вл етс посто нное напр жение дл подачи его через мультиплексор 22 (фиг.3л) на нуль орган 7. В результате по перепаду Выборка в селекторе 24 формируетс импульс Старт (фиг,3&) и переключаетс D-триггер 27, потенциал с инвер

0

15

67926

тирующего выхода которого (фиг,3)(с) открьшает элемент 10, и синхроимпульсы с генератора 11 поступают в селектор 25, а оттуда на вход блока 9 (фиг.1,32) в качестве синхроимпульсов Опрос нуль-органа, а также сдвинутые на врем длительности одного синхроимпульса (что обусловлено временем установлени напр жени в ЦАП 8) синхроимпульсы (фиг.ЗЗ), поступающие на вход АЦП 6 дл преобразовани посто нного напр жени в АЦП аналогично описанному. Выходной код по шинам 15 и 16 выдаетс из устройства .

Claims

Формула изобретени

1, Устройство дл измерени аналоговых величин с автоматическим масштабированием , содержащее одновибра- тор, аналого-цифровой преобразователь , выполненный на последовательно

соединенных блоке управлени , цифро- аналоговом преобразователе, нуль-органе , последовательно соединенные первый генератор синхроимпульсов,первый элемент И, распределитель импульсов , селектор шкалы, блок изменени масштаба, последовательно соединенные второй генератор синхроимпульсов и второй элемент И, второй вход блока изменени масштаба вл етс первой

входной шиной вход одновибратора - второй входной шиной выходы селектора шкалы вл ютс первыми выходными шинами , выходы блока управлени - вторыми выходными шинами, последовательно соединенные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ПТИ, И-НЕ и первый элемент НЕ, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединен с первым входом блока управени и соединен с выходом нуль-органа , второй вход объединен с входом старшего разр да цифроаналогового преобразовател , выход одновибратора соединен с первым входом первого генератора синхроимпульсов, входом второго генератора синхроимпульсов, вторыми входами селектора шкалы и блока управлени , выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, отличающеес тем, что, с целью расширени области применени за счет обеспечени возможности измерени импульсных напр жений, в него введены блок выборки и хранени , мультиплексор.

повторитель напр жени , селектор режима , селектор синхроимпульсов, второй элемент НЕ, D-триггер, регистр последовательного приближени , выходы которого соединены с соответствующими третьими входами блока управлени , четвертый и п тый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами селектора синхроимпульсов , третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами регистра последовательного приближени , третий вход KOTopoiо соединен с вторым выходом блока управлени , первые входы селектора режима и блока выборки и хранени объединены и вл ютс третьей входной шиной, второй вход блока выборки и хранени объединен с первым входом мультиплексора и соединен с выходом повторител напр жени , вход которого соединен с первым Выходом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом блока изменени масштаба, третий вход блока выборки и хранени объединен с вторыми входами селектора режима распределител импульсов, первым входом селектора синхроимпульсов, R-входом D-триггера и соединен с выходом од- новибратора, четвертый вход блока выборки и хранени соединен с первым выходом селектора режима, третий вход которого объединен с третьим входом мультиплексора и соединен с первым выходом блока выборки и хранени ,четвертый и п тый входы мультиплексора объединены и соединены с вторым выходом блока выборки и хранени , второй выход мультиплексора соединен с вторым входом нуль-органа, причем второй вход селектора синхроимпульсов соединен с выходом второго элемента И, четвертый вход селектора режима объединен с третьим входом селектора синхроимпульсов, вторым входом второго элемента И и соединен с неинвертирующим выходом D-триггера, четвертый вход селектора синхроимпульсов объединен с входом второго элемента НЕ и соединен с вторым выходом селектора режима, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом первого генератора синхроимпульсов и С-входом D-триггера, D- вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с инвертируюшкм выходом D-триг

0

5

0

гера, а выход второго генератора синхроимпульсов соединен с п тым входом селектора режимй.
2,Устройство по П.1, отличающеес тем, что блок выборки и хранени выполнен на пиковом детекторе , сдвоенном компараторе, трех элементах НЕ, двух D-триггерах, элементе И и источнике пороговых напр жений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым инвертирующим и первым неинвертирующим входами сдвоенного компаратора, вто5 рой инвертирующий и второй неинвертирующий входы которого объединены и вл ютс вторым входом блока выборки и хранени , стробирующии вход сдвоенного компаратора соединен с инвертирующим выходом первого D-триггера и первым выходом пикового детектора, который вл етс первым выходом блока выборки и хранени , вторым выходом которого вл етс второй выход пикового детектора, выход сдвоенного компаратора соединен с первым входом элемента И и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с С-входом второго триггера, D-вход которого объединен с D-входом первого D-триггера и вл етс первым входом блока выборки и хранени , R-входы первого и второго D-триггеров объединены и соединены с выходом второго элемента НЕ, вход которого вл етс четвертым входом блока выборки и хранени , третьим входом которого вл етс вход третьего элемента НЕ, выход которого соединен с первым С-входом первого D-триггера, второй С-вход которого соединен с выходом элемента И, второй вход которого соединен с неинвер- тируюш 1М выходом второго D-триггера.
3.Устройство по П.1, о т л и - чающеес тем, что селектор режима выполнен на одновибраторе, делителе частоты элемента НЕ, счетчике импульсов, мультиплексоре, двух элементах ИЛИ и D-триггере, R-вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛ,С-вход - с первым и вторым выходами мультиплексора, D- вход объединен с первым управл ющим входом мультиплексора, который вл етс первым входом селектора режима, S-вход D-триггера объединен с первым управл ющим входом счетчика импульсов и вл етс четвертым входом селектора режима, выход D-триггера сое6

0

5

0

5

динен с вторым управл ющим входом счетчика импульсов, счетный вход которого объединен с входом элемента НЕ и соединен с выходом делител час тоты, вход которого вл етс п тым входом селектора режима, первый,второй , третий и четвертый информационные входы счетчика импульсов объединены и вл ютс общей шиной, вход ус тановки счетчика импульсов объединен с первым входом элемента ИЛИ и вл етс вторым входом селектора режима, второй вход первого элемента ИЛИ объ единен с первым входом второго элемента ИЛИ и соединен с выходом одно- .вибратора, вход которого вл етс третьим входом селектора режима, вто рой вход второго элемента И.ПИ соединен с третьим выходом мультиплексора , а выход второго элемента ИЛИ вл етс вторым выходом селектора ре жима, четвертый выход мультиплексора вл етс первым выходом селектора ре жима, первый и второй информационные входы мультиплексора объединены И соединены с выходом элемента НЕ.
4. Устройство по п.1, о тли ч а ю щ е е с тем, что селектор синхроимпульсов выполнен на п ти элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементе задержки , элементе НЕ, RS-триггере и двух D-триггерах,R-входы RS-триггера и первого D-триггера и первые входы первого и второго элементов HCKJM)4A- ЮЩЕЕ ИЛИ объединены и вл ютс первым входом селектора синхроимпульсов S-вход RS-триггера объединен с входом элемента задержки, первым входом третьего элемента ИСКТГОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вл етс четвертым входом селектора синхроимпульсов, выход RS- триггера соединен с первым входом четвертого элемента ИСКЛЮЧАЙЩЕК ИЛИ и вл етс третьим выходом селектора режима, второй вход четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого D-триггера, а выход- с первым входом п того элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИШ1, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход вл етс

П679210

четвертым вь1ходом селектора синхроимпульсов , вторым выходом которого вл етс выход третьего элемента ИС- КХООЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого объединен с входом элемента НЕ и вл етс вторым входом селектора синхроимпульсов , выход элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемен- ,д та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, D-входы первого

и второго D-триггеров объединены и , вл ютс шиной источника положительной пол рности С-входы первого и второго D-триггеров объединены и

15 соединены с выходом элемента задержки , R-вход второго D-триггера соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого вл етс третьим входом селектора

20 синхроимпульсов, первым выходом которого вл етс инверсный выход второго D-триггера.
5. Устройство по п., о т л и - чающеес тем, что блок управ25 пени вьтолнен на D-триггере, двух элементах ИЛИ-НЕ, п элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, где п - число разр дов аналого-цифрового преобразовател ,

, первые входы которь х вл ютс соот30 ветственно третьими входами блока управлени , второй вход п-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вл етс общей шиной, второй вход (п-1)-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого Элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы элемен тов ИСК.ПЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с первого по

(п-2)-й объединены и соединены с выходом второго элемента ИЛИ-FiE, выходы п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вл Q ютс соответственно первыми выходами блока управлени , вторым выходом которого вл етс инверсный выход D- триггера, который соединен с первым входом второго элемента ПТИ-НЕ, вто .,- рой вход которого объединен с первым входом первого элемента И1Б1-НЕ и вл етс четвертым входом блока управлени , второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с пр мым входом D- григгера, S-, D- и С-входы которого вл ютс соответственно вторым, первым и п тым входами блока управлени .

50

cpuaZ

сриР.З

Г

Д

/ 2 Ч S

НО

.

21

Л

fV

Ч-

V2

с;

5