Устройство для компенсации нестабильности выходных значений аналого-цифровых датчиков

1 Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности к выводным устройствам аналого-цифровых датчиков, осуществляющих операции обработки над цифровыми значениями контролируемых аналоговых физических показателей.
2 Уровень техники
Проблема нестабильности выходных значений аналого-цифровых датчиков давно известна, хорошо изучена и заключается в постоянном неконтролируемых изменениях выходных значений аналого-цифровых датчиков, возникающих в процессе считывания значений контролируемых аналоговых физических показателей и их последующего аналого-цифрового преобразования. Указанные операции считывания и преобразования выполняется в течение отрезка времени, условно названного временем стабилизации выходных значений, по окончанию которого выходные значения на выходе датчика стабилизируются и приходят в достоверный вид, пригодный к считыванию и дальнейшей цифровой обработке.
Причины данного явления разнообразны и заключаются как в неизбежных помеховых явлениях, например шумах квантования, так и в конкретных особенностях преобразования значений контролируемых физических показателей в параметры электрических сигналов, а также способах выполнения аналого-цифрового преобразования указанных параметров.
Общеизвестные способы борьбы с указанными явлениями заключаются в накоплении считываемых цифровых значений, выполняемом до момента стабилизации выходных значений аналого-цифрового датчика с последующим усреднением, вычислением медианы, либо иной обработкой накопленных значений.
Применение такого подхода сопряжено со значительными аппаратными затратами, вытекающими из потребности в большом количестве запоминающих элементов, необходимых для накопления выходных значений аналого-цифрового датчика, и влечет за собой снижение надежности и повышение стоимости систем считывания показателей с аналого-цифровых датчиков.
Раскрытие полезной модели
Предлагаемое в качестве полезной модели Устройство для компенсации нестабильности выходных значений аналого-цифровых датчиков предназначено для использования в составе систем считывания показателей с аналого-цифровых датчиков, позволяет исключить возникновение на выходе указанных систем значений, не релевантных состоянию контролируемых физических величин.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой полезной модели заключается в снижении аппаратной сложности систем считывания показателей с аналого-цифровых датчиков, повышении их надежности и снижении стоимости.
Достижение указанного технического результата осуществляется за счет того, что предлагаемое в качестве полезной модели Устройство для компенсации нестабильности выходных значений аналого-цифровых датчиков включает в себя цифровой компаратор, последовательный сдвиговый регистр с асинхронным сбросом и сдвигом информации по положительному фронту тактовой частоты, а также регистр хранения данных с параллельной записью информации по положительному фронту синхросигнала, причем первый вход цифрового компаратора и вход регистра хранения данных подключены ко входу устройства, на который поступают значения с выхода аналого-цифрового датчика, выход регистра хранения данных одновременно подключен к выходу описываемого устройства и ко второму входу цифрового компаратора, сигнал неравенства сравниваемых значений подается с выхода компаратора на информационный вход последовательного сдвигового регистра, вход синхросигнала упомянутого последовательного сдвигового регистра подключен к внешнему тактовому синхросигналу, а вход сигнала асинхронного сброса упомянутого последовательного сдвигового регистра соединен с выходом того же регистра, и одновременно также подключен к входу синхросигнала вышеупомянутого регистра хранения данных.
При этом значение частоты внешнего тактового синхросигнала и разрядность регистра сдвига выбирают таким образом, чтобы время задержки следования сигнала от входа последовательного сдвигового регистра до его выхода превышало максимально возможное значение времени стабилизации выходных значений аналого-цифрового датчика, подключенного ко входу описываемого устройства.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами где:
Фиг. 1 - Пример обобщенной временной диаграммы сигналов на выходе аналого-цифрового датчика.
На фигуре условно обозначены:
1
Т - отрезок времени стабилизации выходных значений аналого-цифрового датчика;
2
Т - отрезок времени выдачи стабильных значений.
Фиг. 2 - Пример обобщенной временной диаграммы сигналов на предлагаемого устройства.
На фигуре условно обозначены:
1
T - отрезок времени стабилизации выходных значений аналого-цифрового датчика;
2
Т - отрезок времени выдачи стабильных значений.
Фиг. 3 - Функциональная схема предлагаемого устройства. На фигуре представлены:
1 - Цифровой компаратор;
2 - Последовательный регистр сдвига;
3 - Регистр хранения данных.
На фигуре условно обозначены:
clk - внешний сигнал тактовой синхронизации.
Осуществление полезной модели
Осуществление предлагаемого Устройства для компенсации нестабильности выходных значений аналого-цифровых датчиков можно рассмотреть на примере его использования с фотоэлектрическим преобразователем угол-код.
В фотоэлектрических преобразователях угла поворота вала в код свет от внутренних источников света, пройдя через кодовые шкалы (шкалы нанесены на стекло, которое жестко соединено с валом преобразователя) и неподвижные индикаторные решетки, падает на расположенные в определенном порядке фотоприемники. Цифровые и аналоговые сигналы, поступающие от фотоприемников, далее подвергаются обработке и преобразованию. В результате этих действий формируется асинхронный поток двоичных данных в параллельном коде. Пример обобщенной временной диаграммы сигналов на выходе такого аналого-цифрового датчика, т.е. фотоэлектрического преобразователя угол-код, представлен на Фиг. 1.
Штриховыми линиями на фигуре отмечены отрезки времени нестабильности выходных значений фотоэлектрического преобразователя, в пределах которых возможно произвольное изменение выходных значений.
Задача устройства, предлагаемого в качестве полезной модели, заключается, соответственно, в организации выдачи стабильных значений с выхода аналого-цифрового датчика таким образом, чтобы исключить появление нестабильных значений на выходе, как показано на Фиг. 2.
Функциональная схема устройства, предлагаемого в качестве полезной модели и предназначенного для решения описанной задачи представлена на Фиг. 3.
Предлагаемое Устройство состоит из цифрового компаратора 1, последовательного сдвигового регистра 2 с асинхронным сбросом и сдвигом информации по положительному фронту тактовой частоты, регистра хранения данных 3 с параллельной записью информации по положительному фронту сигнала на входе тактового синхросигнала.
После поступления от аналого-цифрового датчика нового входного значения, оно сравнивается в цифровом компараторе со значением, хранимым в регистре хранения данных, в случае его отличия от значения хранимого в регистре хранения данных хотя бы в одном из разрядов, на выходе цифрового компаратора активируется выходной сигнал неравенства сравниваемых значений. Указанный сигнал подается на информационный вход последовательного регистра сдвига, выполняющего, фактически, функцию линии задержки, пройдя который поступает на вход синхросигнала регистра хранения данных, запуская процедуру записи нового цифрового значения в указанный регистр хранения данных.
При этом значение частоты внешнего тактового синхросигнала elk и разрядность регистра сдвига выбирают таким образом, чтобы время задержки следования сигнала от входа последовательного сдвигового регистра до его выхода превышало максимально возможное значение времени стабилизации выходных значений аналого-цифрового датчика, подключенного ко входу описываемого устройства.
В том случае, если минимальное время между соседними опросами аналого-цифрового датчика выбирают так, что максимальное значение времени нестабильности выходных значений датчика меньше времени выдачи стабильных значений, предлагаемое устройство приобретает свойство самосинхронизации, то есть не требует предварительной установки, и в случае сбоя в работе, например ввиду кратковременного выключения питания, устройство способно самостоятельно восстановить нормальную работу.