Цифровой линеаризатор

 

1 . ЦИФРОВОЙ ЯЙНЕАРИЗАТОР , содержащий последовательно соединенные частотный датчик и измеритель частоты, счетчик результата, информационные входы которого соединены с информационными выходами измерителя частоты, а также регистр перезаписи, блок памяти констант, выходы управления измерителя частоты соединены соответственно с входом установки в О счетчика результата и с входом синхронизации регистра перезаписи , входы управления блока памяти констант соединены с выходами группы старших разрядов счетчика результата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия , в него введены формирователь коэффициентов интерполяции, формирователь синхроимпульсов, реверсивный счетчик и сумматор кодов коррекции , первый выход и вторые выходы блока памяти констант соединены соответственно с первыми входами и группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, третьи выходы блока памяти констант - с входами предустановки реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами сумматора кодов коррекции, вторые входы сумматора кодов коррекции поразрядно соединены с выходами счетчика результата; выходы знакового разряда и группы младших разрядов сиетчиков результата соединены соответственно с вторым входом управления и информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, а выход младшего из группы старших разрядов с первым входом формирователя синхроимпульсов , второй вход которого соединен с вторым выходом управления измерителя частоты, выход формирователя синхроимпульсов соединен с входом синхронизации реверсивного счетчика , шины сложения и вычитания ко (Л торого соединены с информационными выходами формирователя коэффициентов интерполяции; выходы сумматора кодов коррекции соединены - с D-входами регистра перезаписи, выходы которого соединены с выходами устройства. 2. Линеаризатор по п. 1, отел Од личающийся тем, что формирователь коэффициентов интерполяции 4 СП содержит последовательно соединенные блок формирователей коротких импульСО сов, мультиплексор и коммутатор, причем частотные входы блока формирователей коротких импульсов соединены с информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления формирователями коротких импульсов объединены и соединены с вторым входом управления формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления мультиплексора соединены с группой входов управления формирователя коэффициентов интерпо

„„SU„„1056453. Д

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3 Я Н 03 K 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ- :::::.",::.","::".":- д 1 .

H М Cav axma ©XeV (21) 3466272/18-21 (22) 07.07.82 (46) 23.11.83. Бюл. h 43

° (72) Д.И. Мельник, Н.В. Хазанова и А.П. Муравьев (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 656205, кл. н 03 к 13/20, 19?9.

2. Патент Японии k" 49-225?1, нл. Н 03 К 13/20, 19?Й. .(54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ЛИНЕАРИЗАТОР, содержащий последовательйо соединенные частотный датчик и измеритель . частоты, счетчик результата, информационные входы которого соединены с информационными выходами измерителя частоты, а также регистр перезапи- . си, блок памяти констант, выходы управления измерителя частоты соединены соответственно с входом установки в "0" счетчика результата и с входом синхронизации регистра перезаписи, входы управления блока памяти констант соединены с выходами группы старших разрядов счетчика результата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены формирователь коэффициентов интерполяции, формирователь синхроимпульсов, реверсивный счетчик и сумматор кодов коррекции, первый выход и вторые выходы блока памяти констант соединены соответственно с первыми входами и группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, третьи выходы блока памяти констант — с входами предустановки реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами сумматора кодов коррекции, вторые входы сумматора кодов коррекции поразрядно соединены с выходами счетчика результата; выходы знакового разряда и группы младших разрядов с летчиков результата соединены соответственно с вторым входом управления и. информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, а выход младшего из группы старших разрядовс первым входом формирователя синхроимпульсов, второй вход которого соединен с вторым выходом управления измерителя частоты, выход формирователя синхроимпульсов соединен с входом синхронизации реверсивного счет- Я чика, шины сложения и вычитания которого соединены с информационными выходами формирователя коэффициентов интерполяции; выходы сумматора кодов коррекции соединены — с 0-входами ре- Я гистра перезаписи, выходы которого соединены с выходами устройства.

2. Линеаризатор flo и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что формиро ватель коэффициентов интерполяции содержит последовательно соединенные блок формирователей коротких импульсов, мультиплексор и коммутатор, причем частотные входы блока формирователей коротких импульсов соединены с информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления формирователями коротких импульсов объединены и соединены с вторым входом управления формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления мультиплексора соединены с группой входов управления формирователя коэффициентов интерпо105б453 ляции, вход управления и первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым входом управ" ления и информационными выходами фор" мирователя коэффициентов интерполя" ции.

3. Линеаризатор по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что формиИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для линеариэации частотных датчиков различных физических величин -с кодовым выходом, I

1.

Известен цифровой линеаризатор, . содержащий генератор, счетчик импульсов, цифровой компаратор, дешифратор участков интерполяции, управ- 1ð ляемый делитель частоты, дополнительный счетчик и схему управления f 1).

Недостатком этого цифрового линеаризатора является низкое быстродействие.. !5

Наиболее близким к изобретению является цифровой линеариэатор сигнала, содержащий последовательно соединенные частотный датчик, измеритель частоты, управляющий делитель частоты, 2О счетчик результата, информационные входы. которого соединены с информационными выходами измерителя частоты, а также регистр перезаписи, блок памяти констант, первый вход управ- 25 ления измерителя частоты соединен с соответствующим входом установки в нуль счетчика результата и входом синхронизации регистра перезаписи, информационные входы которого пораз- jp рядно соединены с выходами счетчика результата, выходы старших разрядов счетчиков результата соединены с управляющими входами блока памяти констант, выходы которого соединены с входами управления делителем часто ты, В этом устройстве весь диапазон измерения разбивается на участки интерполяции. Для каждого такого участ ка заранее определяются и записываются в блок памяти значения констант, на которые необходимо изменять рователь синхроимпульсов содержит последовательно соединенные формирователь коротких импульсов, элемент ИЛИ и элемент задержки, вход формирователя коротких импульсов соединен с

-первым, .а второй вход элемента ИЛИ . соединен с вторым входом формирова.теля синхроимпульсов, коэффициент деления делителя в тракте измеряемой (образцовой) частоты, чтобы выходной код счетчика результата, приходящийся на единицу измеряемого параметра, оставался примерно постоянным во всем интервале величин

Такии образом, s. известном устройстве запоминание узловых точек интерполяции аппроксимирующей кривой осуществляется в виде определенных значений получаемого в счетчике результата кода (М 1, И 2,...), а задание углов наклонов интерполирующих прямых - в виде дискретных значений коэФфициентов деления делителя, включенного в тракт следования импульсов измеряемой (образцовой) частоты 52 ).

Однако % силу дискретности воз» можных значений коэффициентов деления в этом устройстве возникают неустранимые погрешности линеаризации, проявляющиеся больше всего в местах, де погрешность нелинейности наиболь" шая.

Кроме того, недостатком известного устройства является присутствие положительной обратной связи, наличие которой при работе в однотактном режиме. вызывает дополнительные погрешности в точках излома аппроксимирующей ломаной.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия цифровой линеаризации сложных функций.

Указанная цель достигается, тем, что в цифровой линеаризатор, содержащий последовательно соединенные частотный датчик и измеритель частоты, счетчик результата, информационные входы которого соединены с информационными выходами измерителя частоты, а также блок памяти констант, регистр перезаписи, причем выходы уп1056453 равления измерителя частоты соединены соответственно с входом установки в "0" счетчика результата и с входом синхронизации регистра перезаписи, входы управления блока памяти констант соединены с выходами группы старших разрядов счетчика результата, введены формирователь коэффициентов интерполяции, формирователь синхроимпульсов, реверсивный счетчик и 1О сумматор кодов коррекции, первый выход и вторые входы блока памяти констант соединены соответственно с первыми входами и группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, третьи выходы блока памяти констант — с входами предустановки реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами сумматора кодов коррек- 20 ции, вторые входы сумматора кодов коррекции поразрядно соединены с выходами счетчика результата; выходы знакового разряда и группы младших разрядов счетчика результата соединены 2S соответственно с вторым входом управления и информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, а выход младшего из группы старших разрядов - с первым входом форми-З0 рователя синхроимпульсов, второй вход которого соединен с вторым выходом управления измерителя частоты, выход формирователя синхроимпульсов соединен с входом синхронизации ре35 версивного счетчика, шины сложения и вычитания которого соединены с ин-. формационными выходами формирователя коэффициентов интерполяции, выходы сумматора кодов коррекции соединены с Р-входами регистра перезаписи, вы.ходы которого соединены с выходами устройства.

Кроме того, формирователь коэффициентов интерполяции содержит последовательно соединенные блок формирователей коротких импульсов, . мультиплексор и коммутатор, причем частотные входы блока формирователей коротких импульсов соединены с информационными входами формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления формирователями коротких импульсов объединены и соединены с вторым входом управления 55 формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления мультиплексора соединены с группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, вход управления и первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым входом управления и информационными выходами формирователя коэффициентов интерполяции.

При этом формирователь синхроимпульсов содержит последовательно соединенные формирователь коротких импульсов, элемент ИЛИ и элемент задержки, вход формирователя коротких импульсов соединен с первым, а второй вход элемента ИЛИ соединен с вторым входом формирователя синхроимпульсов.

На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового линеариэатора; на фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 3-диаграмма, поясняющая алгоритм формирования коэффициентов интерполяции.

Устройство содержит последовательно соединенные частотный датчик 1 и измеритель 2 частоты, счетчик 3 результата, информационные входы которого соединены с.информационными выходами измерителя частоты, а также регистр 4 перезаписи, блок 5 памяти констант, первый и второй выходы управления измерителя частоты соединены соответственно с входом установки в "0" счетчика результата и с входом синхронизации регистра перезаписи, входы управления блоком памяти констант соединены с выходами группы старших разрядов счетчика результата, а также формирователь 6 синхроимпульсов, сумматор 7 кодов коррекции, формирователь 8 коэффициентов интерполяции, реверсивный счетчик 9, первый выход и вторые выходы блока памяти констант соединены соответственно с первыми входом и группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, третьи выходы блока памяти констант - с входами предустановки реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами сумматора кодов коррекции, вторые входы сумматора кодов коррекции поразрядно соединены с выходами счетчика результата; выходы знакового разряда и группы младших разрядов счетчика результата соединены соответственно с вторым входом управления и информационными .входами формирователя коэффициентов интерполяции, а выход младшего из группы старших разрядов - с первым

1056

453

S входом формирователя синхроимпуль-сов, второй вход которого соединен с вторым выходом управления измерителя частоты, выход формирователя синхроимпульсов соединен с входом син" S хронизации реверсивного счетчика, щины сложения и вычитания которого соединены с информационными выходами формирователя коэффициентов интерполяции, выходы сумматора кодов коррек- !0 ции, соединены с 0-входами регистра перезаписи, выходы которого соединены с выходами устройства.

Формирователь 6 синхроимпульсов содержит последовательно соединенные д

Формирователь 6.1 коротких импульсов, элемент ИЛИ 6 .2, элемент 6.3 задерж-, ки. Формирователь 8 коэффициентов ин-. терполяции содержит последовательно 20 соединенные блок 8.1 формирователей коротких импульсов, мультиплексор

8.2 и коммутатор 8.3, причем частотные входы блока формирователей коротких импульсов соединены с информа- 25 ционными входами формирователя коэф" фициентов интерполяции, входы управления формирователя коротких импульсов объединены и соединены с вторым входом управления формирователя коэффициентов интерполяции, входы управления мультиплексора соединены с группой входов управления формирователя коэффициентов интерполяции, вход управления и первый и второй выходы коммутатора соединены соот35 ветственно с первым входом управления и информационными выходами фор- мирователя коэффициентов интерполя-. ции.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая (образцовая) частота, в общем случае нелинейно связанная с изменением физического параметра, 45 с выхода измерителя 2 частоты поступает на вход счетчика 3 результата.

На выходах счетчика 3 результата в конце каждого цикла измерения физического параметра формируются коды, содержащие нелинейность частотного датчика 1 и возможную нелинейность измерителя 2 частоты.

Пусть в рассматриваемом случае применен дифференциальный частотный датчик 1 с измерителем 2 частот, общая нелинейность амплитудной характеристики которых приведена на. фиг. 36, а счетчик 3 результата выполнен реверсивным. При поступлении . импульсов на шину сложения или вычи-, тания счетчика 3 результата, т,е, при измерении в одной или другой половинах диапазона изменения измеряеемого физического параметра, на вы-. ходе старшего и-го (знакового) разряда будет присутствовать соответственно логический "О" или логическая "1", используемые для управления

Формирователями 8.! с целью формирования несовпадающих на временной оси последовательностей коротких импульсов (фиг.. 2,б, г, е, э). Для этого Формироватепи 8.1 коротких импульсов функционируют соответственно по переднему (фиг. 2" 1+1","i",участки) или заднему (фиг. 2"i+1, " участки) фронтам импульсов, снимаемых с выходов m,m/2,......,4,2,1 (фиг.3g д,в,а,...) счетчика 3 результата.

После такого формирования отдельные последовательности, содержащие соответственно 1,2,4....,m/2,m (Фиг. 3 3,е, ь.....) коротких импульсов, можно объединить в одну суммарную последовательность (фиг. 3л), содержащую от нуля до 2m««i импульсов.

Количество импульсов в суммарной последовательности для каждого участка иитерполяции равно двоичному числу, формируемому в блоке 5 памяти констан г для управления мультиплексором

8.2, а угли наклона формируемых прямых линий (Фиг. 2м) аппроксимации могут принимать 2ш.значений.

Йо окончании предыдущего, например j-1-ro цикла измерения, в регистре 4 яерезаписи хранится код данного измерения, линейно связанный с изменением измеряемогю параметра, а счетчик 3 результата устанавливается в нулевое состояние. Вследствие этого на выходах блока 5 памяти констант для первого участка интерполяции появляется логический уровень управления коммутатором 8.3, указывающий направляющие интерполяции (энак коэффициента интерполяции), код управления мультиплексором 8.2, указывающий величину коэффициента интерпо-. ляции (угла наклона) и код узловой компенсации, учитывающий "накопившуюся" нелинейность. Код узловой компенсации для первого участка интерполяции импульсов, Формируемым в измерителе 2 частот; переписывается в реверсивный счетчик 9. Этим заканчивается выставка начальных условий

7 10 для первого участка интерполяции очередного j«ro цикла измерения.

В течение j-го цикла измерения импульсы измеряемой (образцовой) час.тоты поступают на шину сложения или вычитания счетчика 3, а импульсы суммарной последовательности с выхода формирователя 8 коэффициентов интерполяции - на.вину сложения или вычитания реверсивного счетчика 9, К концу первого участка интерполяции на вход реверсивного счетчика 9 nüступит количество импульсов,. равное численному значению двоичного кода

° управления мультиплексором 8.2, формируемого блоком 5 памяти констант.

Данное количество импульсов в течение nepsoro участка интерполяции увеличивает (при поступлении их на шину сложения) или уменьшает (при поступлении импульсов на шину вычитания) код узловой компенсации, ранее переписанный в реверсивный счетчик 9 (по

О-входам} из блока 5 памяти констант

При этом двоичные коды с выходов счетчика 3 результата и реверсивного счетчика 9 поступают на входы параллельного сумматора 7 коррекции, на

:выходах. которого формируются текущие значения двоичных кодов, связанных линейной зависимостью с изменением измеряемого параметра.

Это дает воэможность воздействовать как на угол наклона амплитудной характеристики, так и .на постоянную составляющую, другими словами, пово-. рачивать амплитудную характеристику . и смещать ее параллельно самой себе, Ори этом, разбив требуемую амплитудную характеристику на достаточное количество участков, можно для каждого узла интерполяции определить значения (фиг.. 3 ) Й„„; кодов узловой компенсации и кодов й„, коэффициентов интерполяции, при которых амплитудная характеристика предлагаемого линеаризатора будет проходить через нужные точки. Таким образом будет получено множество пар значений ЙК,. и и „1 взаимно оДнозначное множеству участков..

По прохождении первого и последую.

: щих участков интерполяции, т.е. при изменении логических уровней на выходе (2m-го (фиг.2 и), младшего из группы ста ших разрядов счетчика 3 ,результата, во-первых информация в группе (п,n/2,......,4m,2m) старших .разрядов принимает новые значения, 56453 В соответствующие второму и последующим участкам интерполяции, по которым на выходах блока 5 памяти констант формируются соответствующие данным участкам (Фиг. 3 а ) значения Й„, величины и знак коэффициентов иятерпо" ляции, а также коды Йук, узловой компенсации, во-вторых, формирователь

6 синхроимпульсов, выдает (фиг.2 к )

10 короткие импульсы, задержанные на время, необходимое для того, чтобы процесс формирования кодов на выходах блока 5 памяти констант завершился, по которым в реверсивный счетчик 9, по 0-входам записываются коды и „„; узловой компенсации. Таким образом, KoAQ Й,,к,, Й к ° ° ° . и И к1 ° Й узловой компенсации (Фиг. 3 a) являются суммой предыдущих значений

2О кодов Й212 коэффициентов интерполяции и компенсируют нелинейность в точках а0, аl, а2,... и а.,,а ....) .узлах интерполяции.

Между узлами интерполяции, т.е. в пределах участков, интерполяция про" изводится прямыми линиями (аО-аl, аl-а2, а2-а3..., и аО-а 1, а 1-а 2, а 2-а 3). В результате этого (фиг.3) характеристика нелинейности преобразователя параметр - двоичный код из вида (фиг. 3 ю ) переходит к. виду (Фиг. 3 8), т.е. уменьшается до величины разрешающей способности преобразователя.

По окончании поступления импульсов

I образцовой 1измеряемой) частоты на вход счетчика 3 результата, т.е. после окончания 3-го цикла измерения импульсов с выхода измерителя 2 час40 тот, информация с выходов сумматора 7 кодов коррекции переписывается в регистр 4 перезаписи.

Таким образом, введение в состав устройства Формирователя коэффициентов интерполяции и использование для

45 этои цели циклически изменяющихся младших разрядов счетчика результата позволяет существенно увеличить точность воспроизведения аппроксимирующей ломаной при незначительном усложнении блока памяти констант. Сведение реверсивного счетчика с предустановкой и сумматора кодов коррекции позволяет увеличить быстродействие устройства, так как появляется воэможность одновременно с измерением выполнять функции по линеариэации.

Введение формирователя синхроимпульсов дает возможность достаточно

1056453. 10 просто изменять количество участков интерполяции при реализации необходимой точности линеаризации.

В таком устройстве исключается возможность появления дополнительных погрешностей в узлах по кодам управления, выборка которых из блока памя ти констант происходит по информации группы старших разрядов счетчика результата этого же цикла измерения.

Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить нелинейность

5 амплитудной характеристики используемых частотных датчиков до 0,01 без снижения быстродействия преобразователя давление-код.!

05&453 е

6®A

8 4 ай

Ф 8

Ж фф

3 и Ье

Х Ф

-Л Ю

BHNHIlH Заказ 9339/55 тираж 936 Подлиное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,