Многоканальный преобразователь угол-код

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий генератор опорного сигнала, первый выход которого подключен к входам синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов, первый операционный усилитель , выход которого подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционн№ усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения бьютродействия преобразователя , в него введены шина нулевого потенциала, два цифроаналоговых тригонометрических перемножителя, девять одновибраторов, шесть элементов И-НЕ, один инвертор и второй регистр последовательных приближений, И1« орма1Д1онный вход которого является входом сигнала логической единицы преобразователя , выход первого, второго, третьего и четвертого старших разрядов второго регистра последовательных приближений через первый, второй, третий и четвертый одновибраторы подключены к первому; втсфсжу, третьему и четвертому входам первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра последовательных приближений и через пятый одновибратор подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра последовательных приближений, выходы остальных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ а стартовый вы:од - к шестому входу первого элемента И-НЕ и через инвертор к первому входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого через седьмой одновибратор подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя , инверсный вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемента И-НЕ, выход которого подключен к первому входу шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И-НЕ, СО второй вход шестого элемента И-НЕ является старшим входом преобразователя , выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровыч входам которых подключены выходы разрядов первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя, выходы первого и второго цифроаналаговых тригонометрических перемножителей подключены соответственно к инверсному и прямому входам первого операционного усилителя

СОЮЗ СОВЕТСНИХ Ф

РЕСГ1УБЛИН зШ G 08 С 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ((21) 3600070/ 18-24

j(22) 30.05.83, (46) 07. 10.84. Бюл. Ф 37 (72) В.Г. Домрачев, Л.И. Мацкин, В.А.Подолян, В.С.Покровский и Б.И.Петренко (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 991468, кл. G 08 С 19/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

9 6845771 кл. G 08 С 19/04, 1977 (прототип). (54)(57) ИНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий генератор опорного сигнала, первый выход которого подключен к входам синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов, первый операционный усилитель, выход которого подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционный усилитель, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены шина нулевого потенциала, два цифроаналоговых тригонометрических перемножитеая, девять

Ф одновибраторов, шесть элементов И-НЕ, один инвертор и второй регистр последовательных приближений, информационный вход которого является входом сигнала логической единицы преобразователя, выход первого, второго, третьего и четвертого старших разрядов второго регистра последовательных приближений через первый, второй, третий и четвертый одновибраторы подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам первого элемента

И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра по„.SU„„1117304 А следовательных приближений и через пятый одновибратор подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра последовательных приближений, выходы остальных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ, а стартовый вы":од — к шестому входу первого элемента

И-НЕ н через инвертор к первому входу четвертого элемента И-HE выход которого через седьмой одновибратор подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, второй выход генератора Я опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя, инверсный вход которого подключен С к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемен- > та И-НЕ, выход которого подключен к первому входу шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И-НЕ, второй вход шестого элемента И-HE является старшим входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровиа входам которых подключены выходы «ф» разрядов первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя, выходы первого и второго цифроаналаговых тригонометрических перемножителей подключены соответственно к инверс ному и прямому входам первого операционного усилителя

«1 аоа

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при реализации устройств ввода угловой информации в вычислительную машину, 5

Известен многоканальный преобразователь угол-код, содержащий источник информации, подключенный через коммутатор к первому входу блока преобразования аналоговой величины в код, вы- 19 ход которого подключен к блоку памяти, блок управления, один выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и блока памяти, а другой выход " ко второму входу блока преоб- t5 разования аналоговой величины в кац, выход блока памяти подключен к третьему входу блока преобразования аналоговой величины в код $ 1).

Недостатком такого преобразова- 20 теля является низкое быстродействие, связанное с выбором следящего метода преобразования с использованием реверсивного счетчика для формирования выходного кода. 25

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в двоичный кад, содержащий синусна— косинусные вращающиеся трансформаторы, подключенные ко входам коммутатора каналов, выходы которого нод— ключены через парафазные усилители ко входам коммутатора квадрантав, один выход которого подключен к первому входу первого преобразователя код-напряжение, первый выход которого соединен со входам первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен со входом блока сравнения, выход которого подключен к первому входу регист— ра управления, блок синхронизации, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых импульсов и распределительный блок подключен ка второму входу регистра управления, выходы которого саецинены с управляющими входами коммутатора квадрантов и первого преобразователя код-напряжение, второй и третий операционные усилители и второй преобразователь код-напряжение, второй выход коммутатора квадрантов подключен ко входу второго операцион- 55 ного усилителя „ выход которого соединен со входом второго преобразователя код-напряжение, первый выход которого соединен со входом второго операционного усилителя, вторые выходы первого и второго преобразователейй код-напряжение с аединены с а входом третьего операционного усилителя, выхоцы второго и третьего операционных усилителей соединенных са входами блока сравнения, выход регистра управления подключен к управляющему входу второго преобразователя к од-напряжение (2 1.

Недостаткам известнага преобразователя также является невысокое быс-родействие, что связано с выбором равнык по длительности тяктав при определении содержания разрядов выхадногo кода па методу наразряднагo кодирования и наличием задержек в парафазных усилителях и коммутаторе квадрантов.

Цель изобретения — повышение быстродействия многоканальнага преобразователя угол-кад.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный преобразователь угол-кад, содержащий генератор опорного сигнала первый выхац которого подключен ко входам синус-. на-касинусных вращающихся трансфор-. маторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов первый orерацианный усилитель, выход которого подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционный усилитель, введены шина нулевого потенциала, два цифроаналоговых тригонометрических перемнажнтеля.. де-вять аднавибраторов,шесть элемента:з

И-НЕ, один инвертар и второй регистр последовательных приближений, инфар— мационный вход которого является входам сигнала логической единицы прес>бразавателя, выход первого, второго,, третьего и четвертога старших разря:.— дов второго регистра последователь-. ных приближений через первьй. второй, третий и четвертый аднавибратары подключены к первому, второму, третьему н четвертому вха,- ам пepvorа элемента И-НЕ, выход которого пацключен к тактовому входу первагo регистра последовательных приближений и через пятый аднавибратар пад1 чичен к первому входу второго элемента

И-НЕ, выход которого подключен к тактавсму входу вторo ãî регистра па чедавательных приближений, выходы асталь111 7304 4 ных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент

И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента

И-НЕ, а стартовый выход — к шестому входу первого элемента И-НЕ и через инвертор к первому входу четвертого элемента И-HE выход которого через седьмой одновибратор подключен ко второму входу второго элемента 1р

И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилите— ля, инверсный вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемечта

И-НЕ,выход которого подключен к первому входу шестого элемента И вЂ” НЕ, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И-НЕ, второй вход одиннадцатого элемента И-НЕ является стартовым входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровым входам которых подключены выходы разрядов первого регистра последо- З вательных первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены с оответс твенно к инверсному

35 и прямому входам первого операционного усилителя.

На фиг. 1 представлена блок-.схема многоканального преобразователя уголкод; на фиг. 2 — таблица переходов регистра последовательных приближений; на фиг. 3 — блок-схема четырехквадратного цифроаналогового тригонометрического перемножителя.

Преобразователь, содержит двухфазный генератор t опорного сигнала, синусно-косинус ные вращающиеся трансформаторы 2, коммутатор 3 каналов, четырехквадратные цифроаналоговые 59 тригонометрические перемножители 4, первый операционный усилитель 5, первый регистр 6 последовательных приближений, второй операционный усилитель 7, одновибраторы 8"14, 23 и 55

24, второй регистр 15 последовательных приближений, первый 16 второй 17, третий 18, четвертый 19, пятый 20 и шестой 21 элементы И-НЕ, инвертор 22, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 26, операционные усилители (ОУ) 27 и 28, резисторы

29 — 31.

Преобразоватепь работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает два опорных гармонических сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90, одним о из которых запитываются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы

2 (фиг. 1). Управляемый коммутатор 3 каналов подключает выходы выбранного синусно-косинусного вращающегося трансформатора к аналогopblM входам четырехквадратных цифроаналоговьгх тригонометрических перемножителей 4, умножающих аналоговые сигналы

sin 8 sinu t и cos8 вюьо t на цифровые коды сигналов cos V и sin Ð соответственно (H — угол поворота вала;

mt — фаза сигнала эапитки, ч" — цифровой эквивалент компенсирующего угла).

На выходе операционного усилителя 5 вырабатывается сигнал рассогласования, соответствующий лог. 0, если

11

sin(8 — V ) ?t (D U, и лог. 1, если sin®-Ц ) . sin ЛБ, гдеИ1 зона нечувствительности операционного усилителя 5 к изменениям входных сигналов, определяющая разрешающую способность преобразователя.

Логический уровень с выхода усилителя 5 подается на информационный вход регистра 6 последовательных приближений, функции которого заключаются в формировании по сигналам на тактовом входе на своих выходах определенной последовательности кодов с одновременной записью в каждом из тактов сигналов с информационного входа в выходные разряды от старшего к младшим. Работу регистра последовательных приближений поясняет таблица переходов Hd фиг. 2 (стандартная микросхема 155ИР17-12 разрядного регистра последовательных приближений).

Из таблицы видно, что при поступлении на тактовый вход первого импульса на выходе регистра образуется код 01...1, соответствующий в преобразователе угол-код углу 4 = 180". В зависимости от величины угла Я, на выходе усилителя 5 формируется логический уровень, который при поступлении второго тактового импульса за1117304 писывается s старший разряд регистра

6. Одновременно на его выходе образуется код D„ 01...1, соответствующий в преобразователе угол-код (в зависимости от значения 0 „) углу 9 90 5 или Ч * 270 . Результат сравнения @ и 4 формируется на выходе усилителя

5 и в третьем такте записывается в следующий за старшим разряд и т.д.

В тринадцатом такте на выходе регист" >О ра 6 оказывается записанным 12-разрядный код, соответствующий углу 6, в на стартовом выходе регистра сс появляется уровень лог.. "0", свидетельствующий об окончании цикла преобразования. Следующий цикл может быть начат после подачи стартового

Импульса, вызывающего очередную серию тактовых сигналов.

Максимально достижимая точность преобразования может быть обеспечена при осуществлении цикла измерения

s момент наибольшей амплитуды сигнала запитки, а также при условии, что время цикла преобразования незяачительно по отношению к периоду $7t/ > сигнала запятки. Сигнал начала преобразования и, следовательно, сами преобразования могут происходить дважды эа период 27 /ю сигнала запитки, в ЗО его положительной и отрицательной фазах. Для повышения точности и упрощения синхронизации момента начала преобразования генератор 1 опорного сигнала выполнен двухфазным. Опорный сигнал второй фазы (cos ю t) поступает яа операционный усилитель 10, фиксирующий изменением логического уровня на своем выходе положительные н от-рицательные значения сигнала запит- 4п ки (sin cut).

Задержка преобразования включает в себя две составляющие: t — время

Кл переключения ключей ЦАП 25 в сумме со временем выборки кода в ПЗУ 26 (фиг. 3), а также t(U) — время нарастания аналоговых сигналов в ОУ 27 и

28 и в операционном усилителе 5. Первая составляющая t не связана с векл личиной коммутируемых сигналов, в то время как вторая, t(U), прямо от них зависит; t>(U) 4 U, где 6 — скорость нарастания ОУ (характеристика быстродействия ОУ в режиме большого ,сигнала), а U — наибольшая величи- ЗЗ на сигналов коммутируемых в и-ном такте. Время одного такта Т может быть представлено, как

В соответствии с принципом поразрядного кодирования величина U„ в каждом последующем такте вдвое меньше, чем в предыдущем, т.е. Пэ

П,11,, и т.д., поэтому наименьшее время Тч, требуемое для полного цикла преобразования, равно:

T<=nt + Д (П„+Б +U„, +U +. ° .+U „„) ° кл 1 1!я 1((1/2 -1

Для выполнения этого равенства в предлагаемом преобразователе формируются тактовые импульсы переменной длительностя, задаваемой одновибраторами 8-12. Одновибраторы 8 — 11, 13, 14 и 23 по отрицательному фронту вырабатывают импульс яулевого лог. уровня, одновибраторы 12 и 24 по положительному фронту вырабатывают импульс нулевого лог. уровня. При смене логического уровня на выходе операционного усилителя 7 на выходе одного из одяовибраторав 23 или 24 формируется импульс нулевого логического уровня, на выходе другого одновибратора в это время поддерживается уровень лог. " 1". На выходе элемента

20 И- НЕ сформированный импульс инвертируется, и при совпадении со стартовым импульсом единичного логического уровня через элементы 19 и<21

И-НЕ запускает своим отрицательным франтом одновнбратар 14, импульс от которого через элемент 18 И-НЕ поступает на тактовый вход второго регистра 15 последовательнык приближений. В соответствии с таблицей на фиг. 2 в старшем разряде регистра 15 формируется лог. "0". Одяовибратор 8 по отрицательному фронту сигнала .старшего разряда вырабатывает тактовый импульс, длительность которого Т„ задается длительностью выходного сигнала одновибратора 8 минимально необходимой для определения старшего разряда кода:

Т - "« °

С выхода элемента 16 И-НЕ тактовый импульс единичного логического уровня пж1упает на тактовый вход первого регистра 6 последовательных приближений и по окончании своим отрицательным фронтом запускает одновибратор

13, импульс которого через элемент

18 И-НЕ поступает на тактовый вход

1117 регистра 15. В следующем sa старшим выходном разряде регистра 15 формируется лог. ".0", на что реагирует одновибратор 9, тактовый импульс с выхода которого имеет длительность, минималь-5 но необходимую для определения следующего эа старшим разряда кода:

Т2 - tхл+ 6 1/2

10 .По окончании второго тактового импульса однювибратором 10 формируется третий тактовый импульс длительностью

3 кл 1/ эа ним одновибратором 11 формируется четвертый импульс длительностью

Т t +(U )4 . Тактовые импульсы

4 1сл 3(8 о- 20 с пятого по последний имеют одинакоВую длительность T g t < + (U1y ) g незначительно превышающую t, поскольку на практике величина задержки (U) 4 01 „ много меньше t „и ее

5 вклад в общую задержку весьма мал.

404 8

По окончании цикла в соответствии с таблицей на фиг. 2 на стартовом выходе сс регистра 15 формируется лог.

"0" подготавливающий регистр 6 к

S следующему циклу и открывающий через инвертор 22 элемент 21 И-НЕ для прохождения очередного стартового импульса с выхода элемента 19 -НЕ.

Установка лог. "1" на информационном входе D регистра 15 обеспечивает требуемый порядок формирования лоГ. .уровйей на выходах регистра 15.

Возможность произвольно задавать длительность импульсов, вырабатываемых одновнбраторами, позволяет сформировать последовательность тактовьы импульсов, обеспечивающих минимальную задержку преобразования.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя заключается в повышении его быстродействия при одновременном сужении номенклатуры используемых элементов по сравнению с известными прео р б аэователями.

11173О4

)(- сссиаинае любое

Составитель И. Сидорова

Редактор Н. Егорова Техред И.Асталаш Корректор N. Иаксимишинец

Заказ 7147/16 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб. „д. 4/5

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