Обратимый преобразователь координат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g с 06 с 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (21 ) 3418688/18-24 (22) 07,04.82 (46 ) 15.08.83. Бюл. N 30 (72) И.М. Урецкий и А.А. Денисов (53) 681 3. (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 525971, кл. G 06 6 7/22, 1974.

2-. Авторское свидетельство СССР

N 590765, кл. 606 G 7/22, 1978 (прототип). (54)(57) ОБРАТИМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КООРДИНАТ, содержащий четыре цифроаналоговых преобразователя, выходы первого и второго из которых соединены с входами первого сумматора, а выходы третьего и четвертого - с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом компаратора, входы задания первой и второй ортогональных координат преобразователя соединены с cooTветствующими входами селектора квадрантов, и регистр старAk разрядов, первый и второй входы которого подключены к входу задания кода угла преобразователя и к соответствующим выходам селектора квадрантов о т л ы ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности, преобразователь содердит генератор импульсов, счетчик, дешифратор, блок инвертирования .кода, два блока памяти и два коммутатора кодов, при этом вход задания первой ортогональной координаты преобразователя соединен

„„SU„„1035617 A с аналоговыми входами первого и чет-вертого цифроаналоговых преобразователей, вход задания второй ортогональной координаты преобразователя соединен с аналоговыми входами второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, первый выход дешифратора соединен со знаковыми входами первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, второй выход дешифратора соединен со знаковыми входами второго и четвертого цифроаналоговых преобразователей, .запускающий вход генератора импульсов подключен к шине пуска преобразователя, управляющий вход - к выходу компаратора, выход генератора импульсов соединен со счет- ным входом счетчика, кодовый вход которого соединен с входом задания кода угла преобразователя, выход . Ю счетчика соединен с входом первого блока. памяти и через блок инвертиро- Я вания кода - с входом второго блока памяти, выходы первого и второго бло-. ков памяти через первый коммутатор кодов соединены с кодовыми входами р первого и третьего цифроаналогового преобразователей, а через второй коммутатор кодов - с кодовыми входа-. ми второго и четвертого цифроаналого- © вых преобразователей, управляющие входы коммутаторов кодов соединены

«4 с одним из выходов регистра старших разрядов.

1035б1 7

l0 !

45

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для преобразования.прямоугольных координат в полярные и обратно.

Известен обратимый преобразователь координат, содержащий селектор квадрантов, ключи, синусный и косинусный преобразователи, сумматор, регистры и компаратор, выходы которых подключены к соответствующим входам управляющего блока 51 l .

Этому преобразователю присуща методическая погрешность выполнения математических операций.

Г

Наиболее близким по технической сущности и по выполняемым функциям к предлагаемому устройству является обратимый преобразователь координат, который содержит ячейки выборки-хранения, подключенные через инверторы и непосредственно к цифроаналоговым преобразователям, осуществляющим синусное и косинусное преобразование их выходы соединены с входами сумматоров, компаратор подключенный к выходу сумматора1управляющий блок, регистр. младших разрядов, селектор квадрантов, регистр старших разрядов, аналоговые ключи, шину задания угла f2) .

Известный преобразователь характеризуется недостаточной точностью преобразования и сложностью выполнения, что ограничивает воэможности его пра кти ческого использования.

Ошибки. преобразования определяются погрешностью дискретизации, неидеальностью ключей, нестабильностью аналоговых узлов устройства, погрешностью косинусных и синусных цифроаналогвоых преобразователей. В преобразователе косинусные и,синусные преобразователи выполнены в виде цифровых управляемых сопротивлений и представляют собой цепочку весовых резисторов определенных номиналов, снабженных шунтирующими ключами. В каждом рабочем такте разомкнут какойлибо один ключ, все остальные замкнуты. Номиналы весовых резисторов в преобразователях должны быть высокоточными, причем сопротивление резистора старшего разряда отличается от сопротивления резистора младшего разряда в сотни раз, при этом необхо димо учитывать влияние сопротивления шунтирующих ключей е замкнутом и разомкнутом состоянии. Таким образом, реализация преобразователей является весьма сложной технической задачей.

Далее, наличие двух схем выборкихранения, двух инвертирующих усилителей, 15 аналоговых ключей блока управления ключами вносит дополнительные погрешности в процесс преобразования, приводит к нестабильности при работе в различных эксплуатационных условиях и делает известный преобразователь весьма сложным и громоздким.

Цель изобретения - упрощение и повышение точности.

Цель достигается тем, что обратимый преобразователь координат, содержащий четыре цифроаналоговых преобразователя, выходы первого и второго иэ которых соединены с входами первого сумматора, а выходы третьего и четвертого - с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом компаратора, входы задания первой и второй ортогональных координат преобразователя соединены с соответствующими входами селектора квадрантое, и регистр старших разрядов, первый и второй входы которого подключены к входу задания кода угла преобразователя и к соответствюущим выходам селектора квадрантов, содержит генератор импульсов, счетчик, дешифратор, блок инвертирования кода, деа блока памяти и два коммутатора кодов, при этом вход задания первой ортогональной координаты преобразователя соединен аналоговыми входами первого и четвертого цифроаналоговых преобразователей, вход задания второй ортогональной координаты преобразователя соединен с аналоговыми входами второго и третьего цифроаналоговых преоразователей первый выход дешифратора соединен со знаковыми входами первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, второй выход дешифратора соединен со знаковыми входами второго и четеертого цифроаналоговых преобразователей, запускающий вход генератора импульсов подключен к шине пуска преобразователя, управляющий вход - к выходу компаратора, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, кодовый вход которого соединен с входом задания кода угла преобразователя, выход счетчика соединен с входом первого блока памяти и через блук инвертирования кода - с входом второго блока памяти, выходы первого и второго блоков памяти через первый коммуВыходы регистра 9

Номер квадран та

+ !

+ 4 з 1035 татор кодов соединены .с кодовыми входами первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, а через второй коммутатор кодов - c кодовыми входами второго и четвертого цифроана- 5 логовых преобразователей, управляющие входы коммутаторов кодов соединены с одним иэ выходов регистра старших разрядов.

На чертеже представлена структурная О схема обратимого преобразователя координат.

Обратимый преобразователь координат содержит селектор квэдрантов цифроаналоговые преобразователи (ЦАП ) !5

2 - 5, сумматоры 6 и 7, компаратор

8, регистр 9 старших разрядов, дешифратор 10, генератор импульсор 11, счетчик 12, блок 13 инвертирования кодов, блоки памяти 14 и 15, коммута- ?О торы кодов 16 и 17, вход задания кода угла 18, шину пуска 19, входы

20 и 21 задания ортогональных координат.

Каждый иэ ЦАП 2 - 5 представляет 25 собой линейный четырехквадрантный преобразователь код-напряжение (ПКН), .обеспечивающий цифроаналоговое умножение напряжения; поступающего на его аналоговый вход, на цифровой код, ЗО е действующий на его цифровых входах.

Структура таких ПКН выпускается серийно в виде монолитных интегральных микросхем, например, серии

572 ПА, 1108 ПА.

Блок 13 инвертирования кода содержит (И -2). независимых элемента НЕ, количество которых определяется разрядно ст ью счет чи ка 12 .

Блоки памяти 14 и 15 представляют (о собой идентичные постоянные запоминаю-. щие устройства (ПЗУ), в каждой разрядной ячейке которого хранится зна617 4 чение синуса адреса этой ячейки от 0

:до 1, причем дискретность по углу определяется разрядностью адреса ПЗУ, а точность определения синуса - выходной разрядностью ПЗУ, Обратимый преобразователь координат работает следующим образом, В режиме преобразования прямоугольных координат в полярные. на входы

20 и 21 преобразователя поступают на пряжения 0 g u Оз, моделирующие в некотором масштабе координаты Х и У вектора..

Преобразование осуществляется ny" ,тем реализации уравнений векторного вращения ( Uy, =0x С059+Og51n9, (!)

1.? У = 0 СОЛО-UX 81H 6, (.?.) .где 0 !(,Оу- новые значения координат вращаемого вектора, 9 =9! (1 -1) ((, К = 1-4 - номер квадранта, pc, g+g + - нормализованный аргумент аектора.

Для нахождения аргумента и модуля вектора организуется дискретный поворот вектора в направлении одной из координатных осей до тех пор, пока одна из проекций вектора не станет равной нулю. В это время другая проекция вектора соответствует модулю вектора.

Селектор квадрантов 1 по знакам проекций определяет значения двух старших разрядов Pq, 5y, которые записываются в регистр 9, дешифрируются дешифратором 10 и в виде управляющих напряжений знаков синуса и косинуса поступают на знаковые входы t{All

2-5. Причем работа указанных блоков представлена в следующей таблице истинности.

Выходы дешифратора 10

ВФД11 (1и ) Qцу(1 (Соc) 1035617

Блок памяти 14 преобразует -код угла младших разрядов, поступающих со счетчика 12 и изменяющийся в Pipe делах от 0 до %/2, в код синуса этого угла. На вход блока памяти 15 через 5 блок 13 поступает обратный код угла, Блок памяти 15 с точностью до младшего разряда преобразует этот код в код синуса дополнительного угла, поэтому на выходе блока памяти 15 форми1О руется код косинуса угла, заданного кодом с регистра-счетчика 12. Коды синуса и косинуса с выходов блоков памяти 14 и 15 поступают на входы коммутаторов 16 и 17. Управление коммутаторами 16 и 17 осуществляется с выхода младшего разряда Pz ре-. гистра 9 таким образом, что в нечетных квадрантах на выход коммутато" ра 16 поступает код синуса, а на выход коммутатора 17 - код косинуса, в четных квадрантах на выход коммутатора 17 поступает код косинуса а на выход коммутатора 17 - код синуса.

ЦАП 2, 3 и сумматор 6 обеспечива- ют реализацию уравнения (1j, а ЦАП 4, 5 и сумматор 7 - реализацию уравнения (2). Причем по знаку проекций 0, Uy предлагаемая структура преобразователя 0 координат обеспечивает начальный поворот вектора в первый квадрант.

Таким образом, в исходном состоянии после передачи на входы обратимога преобразователя координат напря"

„35 жений Uy 0y на выходе регистра 9 формируются значения двух старших разрядов кода угла вектора, на выходах дешифратора 10 - сигналы управ40 ления знаковыми разрядами ЦАП 2 - 5, обеспечивающие поворот вектора в. первый квадрант, а на выходах сумматоров 6 и 8 - напряжения положительной полярности, величина которых

45 определяется кодом, поступающим с регистра счетчика 12, По сигналу "Пуск" генератор 11 начинает вырабатывать импульсы, каждый иэ которых изменяет содержимое регистра-счетчика 12 на единицу, при этом осуще:твляется последовательный поворот вектора с дискретностью младшего разряда в пределах первого квадранта до тех пор, пока напряжение на выходе сумматора 7 не станет равным нулю. В этот момент срабатывает компаратор 8, формирующий импульс конца цикла преобразования, который запрещает генерацию импульсов генератором 11. В регистресчетчике 12 фиксируется код, который совместно с кодом старших разрядов

Р,1 и ф образует код угла вектора при этом на выходе сумматора 6 фиксируется напряжение, пропорциональное модулю вектора l3g, В режиме преобразования полярных координат в прямоугольные на входы преобразователя подается постоянное напряжение 0, моделирующее модуль вектора, а по входу задания угла

18 в регистр 9 и счетчик 12 записываетсяp -разрядный код угла с, представляющий аргумент вектора p .

Младшие разряды кода угла В преобразуются блоками памяти 14, 15 в коды синуса и косинуса этого угла и через коммутаторы кодов 16, 17 поступают на цифровые входы ЦАП 2-5, которые осуществляют цифроаналоговое перемножение этих кодов на напряжение

0 с учетом знака в зависимости от состояния дешифратора знака 10. Значение проекции Ug = gURcgqg может быть снято с выходов ЦАП 2 или ЦАП 4, значение проекции Оу = + Д и g с выМ ходов ЦАП 3 или ЦАП 5, причем полярность выходных напряжений определяется старшими разрядами угла 6, записанными в регистре 9. ь

Предлагаемый обратимый преобразователь координат обеспечивает кодирование угловых положений синуснокосинусных датчиков информации.

Кроме того, предлаагемый преобразователь может работать в режиме генератора квадратурных гармонических колебаний. Такие генераторы находят широкое применение в преобразователях код-фаза, фаза-код, в генераторах круговых и спиральных разверток, в устройствах отображения окружностей и дуг, и т.д. В этом режиме на входы 20, 21 преобразователя подается постоянное напряжение Ор, а на вход задания угла 18 поступает линейно-изменяющийся И -разрядный код.

Обратимый преобразователь координат обеспечивает высокую точность преобразования координат, определяемую разрядностью ПКН и блоков памяти, которая при использовании современных серийно выпускаемых узлов соответственно может быть получена для ПКН- 12 разрядов, для блоков паСоставитель Г. Осипов

Редактор А, Долинич Техред К.Ныцьо Корректор 6. Макаренко

Заказ 5834/50 Тираж 706 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 10356 мяти-16 разрядов, высокую надежность и стабильность работы в различных эксплуатационных условиях за счет исключения аналоговых блоков, таких как схемы выборки-хранения, инвертирующие усилители, аналоговые ключи, значительное упрощение устройства за счет исключения прецизионных цифроl7 8 управляемых сопротивлений, требующих индивидуальной постройки, ряда г аналоговых. блоков и сложного устройства управления, при этом предлагаемый преобразователь может быть полностью выполнен на стандартных интегральных микросхемах и не тре-. бует настройки.