Преобразователь координат

 

К ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООР.ЦИНАТ , содержащий датчик угла, четыре цифроаналоговых тр ггонометрических перемноммтеля, 1дифровые входа которых являются входами JstnaArnHx разрядов преобразователя S, выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены к входам первого операционного усилителя , вьпсоды третьего и четвертого цдфроаналоговых тригонометрическ1С с перемножителей подключены к входам второго операт.гионного усилителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя и повышеш-1я его надежности, в него введены три инвертора и элемент ИСЮНОЧлАДОЩЕЕ ИЛИ, первый выход датчика пбдкпючен к аналоговым входам первого и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей. второй выход датчика подключен к аналоговыт-5 входам второго и третьего идфроаналоговых тригонометрических перемножитепей,; первые управляющие входы первого и третьего хдафроаналрговых тригонометрических перемножите„тей объединены и являются входом первого старшего разряда преобразователя :т через первый инвертор подключены к Бторым управляющим входам соответстяенно первого и третьего цифроаналоговых тригор.ометрических пере мкокнтелей., третьи управляющие входы первого и третьего цифроаналоговых тр :онометри еских перемножителей объединены и являются входом второго старшего разряда преобразователя и через второй инвертор подключены к третыам управляющим входам второго н четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, входы первого ;л второго старших разрядов преобразователя подключены к входам i элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ , выход подключен к первьш управляющим входам второго и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемиожителей и через третий инвертор к вторым злтравляющим входам второго и чео:вертого цт:фроаналоговых тригонометрических перемножителей. 2, Преобразователь координат по п г 1J отличающийся тем, что цифроаналоговый тригонометричесСАЭ кий паремножитель содержит четырехквадрантный цифроакалоговый преобра00 зозателЬг постоянное запоминающее устройство, два блока инверторов, цифровые входы цифроаналогового тригонометрического перемнош теля подключе 1Ы к информационным входам первого блока инверторов, управляющий вход которого подключен к третьему уггравляющему входу Lrифpoaяaлoгoвoгo тригонометрического перемножителя, а выходы - к входам постоянного запо; микающгго устройства, выходы которого подключены к информационным входгм второго блока инверторов, управ

СОЮЗ СОГРЕТО? ЯХ

СС фФ ЛИСТИК ЕСЛИ)

РЕЬг?"БЛИН! Г

08 б 9I04

l <

ГО(УДФРСТВЕ??нь|й iiCVj4TET CGCr.=

ЛО ДЕЛАМ ИЗОЕ?- 19ИИЙ И ОТг{РЬГЙ,1 (21) 359980с/ 8-24 (22) 02„06«83 (46) 25 . 1 0,8-, Бюл . И- 39 (?2) З.Н.Аснновский, В,Г.Дсмрачев и В«A.ÏoÖo:Iÿí {53) 681.325(088.8)

{56) 1. Авторское свидетельства СССР

?? - 922851, кл. G 08 С 9/04 1980

2. Дж. Вульвет. Датчики в цифровых системах. ??,, Энергсиз™ят, 1981, с. 172, ри, . 6.24(прототип). (54 ) (5? ) 1 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ, содержащий датчик угля, четыре цифр оя налоговых тригонаметрич еских перемно,;:ителя, цифровые входы которых являются входами младших разрядов преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены к входам. первого операционного усилителя, вьгсоды третьего и четвертогс цифроаналоговых тригонометрических персмножите1ей подключены к входам второго î".åpàöèoHHoão усилителя т л и ч я ю шийся тем, что, с целью упрощения преобразователя и повышения е;о надежности, в него взедены три инв,":.ртора и элемент ИСКЛОЧА?ОЩЕЕ ИЛИ, первый выход датчика подключен к аналоговым входам первогп и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей. второй выход датчика подключен к ана. логовым входам второго и третьего цифроаналоговых тригонометрических перемножителей,, 9ервые управляющие вхо,"ы первого и третьего цифраанало". oâûõ тригонометрических перемножителей обьединень и являются входом первого старшего разряда преобразовател» . " через пеpëíé инвертср псцключе ны к =-тарым упрягляющим входам ссотI=eт-:-. еннс первого и третьего цифрс;..-:àIIoãoâ Iõ тригонометрических пере" м;o::,;ÿòслей., третьи управгяющие входы ерв сгс и третьего цифроаналоговых тр-;;-:.-а:-..ометрических перемножителей сбъ;-,::инены и являются входом второго

-ярш" r o разряда преобразователя и че;.-.ç второй инвертар подключены к тре"=нм управляющим входам второго и четвертого цифроаналоговых тригонометр.ческих †.еремножителей. входы пер-,.:ohio и второго старших разрядов -:p-..ýápçoâàòåëR подключены к входам элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ выхац котс{- щ ро о -,oðòñëþ÷åí к первым управляющим в. .одам второго и четвертого цифроа"ялоговых твигонометрических пере- ( м;-oz:Iтелей и -.ерез третий инвертор

K вт-орым управляющим входам второго Я и е"::вертого цифроаналоговых тригоном"-трических перемножителей.

2, Преобразователь координат но и, 1, с тли ":" ющийся тем, Ю что цифроаналоговый триганаметричес Q кий перемнажитель содержит четырех- фф квядрянтный цифроаналоговый преабра- Я» зо:-атель, постоянное запоминающее устройство, два блока инверторов, цифровые входы цифроаналогового три=oIIoêåòðH÷eoêoão пер емнажителя подключены к информационным входам пер.

Во "= блок ы вертаров управляющий вхац кат орога подключен к третьему упра вляющему входу цифроаналогового тр-:.ã"oнометр:-.,ческсго перемножителя, а выхацы — к входам постоянного запо; мин=".. .ащего устройства, выходы которо" гс Iogклюv.åI-III K инфсрмациаHHiIM вхо.ггм второго бл ка инверторов, управ11 ляющий вход которого подключен к первому управляющему входу цифроаналогового тригонометрического перемножителя, а выходы — к информационным входам четырехквадрантного цифроаналогового преобразователя, управляю20387 щий вход которого подключен к второму управляющему входу цифроаналогового тригонометрического перемножителя, а аналоговый вход подключен к аналоговому входу цифроаналогового тригонометрического перемножителя.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в устройствах, позволяющих осущест— влять преобразование координат на плоскости, в т.ч. в преобразователях декартовых координат, повернутых на некоторый угол относительно исход. ных, и в преобразователях, осуществляющих переход от декартовых координат к полярным.

Известен преобразователь, содержащий регистр хранения кода, выходы которого соединены с цифровыми входами модулятора сигналов, и синусно-косинусный вращающийся трансформатор, выходы которого соединены с аналоговыми входами модулятора сигналов, а выходы модулятора сигналов являются выходами преобразователя координат.

Модулятор сигналов выполнен в виде переключателя квадрантов, инвертирующего усилителя и двух формирователей координаты (1j .

Однако данный преобразователь сложен для реализации на интегральных микросхемах, поскольку содержит большое количество операционных усилителей и ключей, причем повышение его точности ведет к пропорциональному увеличению количества элементов его блок-схемы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь координат, содержащий датчик, выходы которого через трансформатор Скотта подключены к одним вхоцам селектора квадранта, другие входы которого являются входами двух старших разрядов преобразователя, первый выход селектора квадрантов подключен к аналоговым входам первого и четвертого функциональных перемножителей, а второй выход - к аналоговым входам второго, третьего функциональных перемножителей, цифровые входы функциональных перемножителей являются входами младших разрядов преобразователя, выходы первого и второго функциональных перемножите5 лей подключены к входам первого опе. рационного усилителя, а выходы третьего и четвертого перемножителей — к входам второго операционного усилителя (2J .

Недостатками известного преобразо вателя являются его сложность и недостаточная надежность.

Цель изобретения — упрощение преобразователя и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в преобразователь координат, содержащий датчик угла, четыре цифроаналоговых тригонометрических перемножителя, цифровые входы которых являются входами младших разрядов преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подклЮчены к входам перво го операционного усилителя, выходы третьего и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены к входам второго операционного усилителя, введены три ин30 вертора и элемент ИСКЛ10ЧА1ЩЕЕ ИПИ, первый выход датчика подключен к аналоговым входам первого и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, второй выход датчика подключен к аналоговым входам второго и третьего цифроаналоговых тригоно.метрических перемножителей, первые управляющие входы первого и третьего цифроаналоговых тригонометрических

Я

40 перемножителей объединены и являются входом первого старшего разряда rtpeобразователя и через первый инвертор подключены к вторым управляющим входам соответственно первого и третьего цифроаналоговых тригонометричесравляющему входу цифроаналогового тригонометрического перемнажителя, а выходы — к информационным входам четырехквадрантного цифроаналогового преобразователя, управляющий вход ко торого подключен к второму управляю— щему входу цифроаналогового тригонометрического перемножителя, а аналоговый вход подключен к аналоговому входу цифроаналогового тригонаметрического перемнажителя.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — блоксхема цифроаналогового тригонометрического перемножителя; на фиг. 3 блок-схема четырехквадрантного цифра аналогового преобразователя (ЦАП); на фиг. 4 — график и таблица, поясняющие работу блока управления.

Преобразователь содержит датчик угла в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 1, 40

1120 ких перемножителей, третьи управляющие входы первого и третьего цифроаналоговых тригонометрических перемножителей объединены и являются входом второго старшего разряда преобразователя и через второй инвертор

5 подключены к третьим управляющим вха дам второго и четвертого цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, входы первого и второго старших разрядов преобразователя подключены к входам элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ

ИЛИ, выход которого подключен к первым управляющим входам второго и четвертого цифроаналоговых тригонометри15 ческих перемножителей и через третий инвертар — к вторым управляющим входам управляющим входам второго и четвертага цифроаналоговых тригонометрических перемножителей.

Цифроаналоговый тригонометрический перемножитель содержит четырех— квадрантный цифроаналоговый преобразователь, постоянное запоминающее устройство, два блока инверторов, 25 цифровые входы цифроаналогового тригонометрического перемножителя подключены к информационным входам первого блока инвертаров, управляющий вход которого подключен к третьему управляющему входу Цифроаналогового

30 тригонометрического перемножителя, а выходы — к входам постоянного sanoминающега устройства, выходы которого подключены к информационным входам второго блока инверторов, управляющий 35 вход которого подключен к первому уп387 4 блок 2 управления,. цифроаналоговые тригонометрические перемнажители

3 — 6, сумматор 7, вычитатель 8.

Блок 2 управления состоит из инверторов 9 — 11, элемента ИСКЛЮЧАХЩЕЕ

ИЛИ 12. Кроме того, преобразователь содержит четырехквадрантный цифроаналоговый преобразователь 13, два блока 14 инверторов, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, цифроаналоговый преобразователь 16, операционные усилители 17 и 18, резисторы 2R 19 и 20, резистор R 21.

Преобразователь работает следующим образом.

Б каждом их четырех цифроаналбговых тригонометрических перемножителей 3 — 6 вырабатываются аналоговые сигналы, соответствующие произведению тригонометрических функций аналогового эквивалента угла 8, заданногп на валу CKBT 1 и цифрового эквива:.ента угла Ч, заданного в виде входного кода преобразователя координат. На выходах перемножителя 3 образуется произведение sin 0 cos(P, пе ремнажителя 4 — cos sing, перемножителя 5 — s in 9 co sf, перемножителя

6 — cos 8 саз .

Сумма выходных сигналов перемно",югтелей 3 и 6 на выходе сумматора 7 эквивалентна абсциссе координат, Ilo вернутых на угол (относительно исходных

Б л 8 gll1 Ц+ c058coeg = сои (g-ô, Разность выходных сигналов перемножителей 4 и 5 на выходе вычитателя 8 эквивалента ординате в повернутой на угол ((системе координат

6108 coGQ -с0 6 51YI g = з

Функции цифроаналоговых тригонометрических перемножителей 3 †. 6 заключаются в умножении двухполярного аналогового сигнала с выхода СКВТ 1 (эквивалентного sin 8 или cos6) на синус или косинус входного цифрового када угла р причем 0 8 6360 и о

0 360. Реализовать такие функции возможно с использованием ПЗУ, переводящего кода угла в код его синуса или косинуса, а также четырехквадрантнаго умножающего ЦАП, т.е. такого ЦАП, для которого допустимы двухполярные аналоговые входной сигнал и цифровой входной код. 1 днако такая реализация предполагает наличие ПЗУ весьма большого объема, к тому же лы инверсии и иэ;-;ене ия знака ка. я, (Структура лсгическсгс блока 2, .саат ветствующегс указа:-::-.е.. ; тяел-:пе, греп ставлена на. фиг. 1) .

Для реализации инверсии када аргумента и функции ПЗУ 1ç в блок-схему цифрсянял01 свьтх 1 ригснс1". етре BC J JJ:» пер емнажител ей 3 — 6 ьв едены б Ески

;4 инверторсв. Упр вляемый инвертар блока инверторов для одного разряда представ:Еяет ссбсй двУ:вхсдсвый лов ги- еский блок ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИХИ. o :1B из входoE ксторога .-.гнальный, дру1" Ой .- УправляеЯШий . При 11алиее ии на управляющем входе логической 1 сиг— нян ня выходе прямой, при лог=:.чесKoM "" 0" — 11 JJBPpc ный 110 вхсднсму.

Выход блока 14 ие1вертсров функЕЕи1; (фиг „2) подключен к 1нядшим pssрядам Еетырехквадрантнсго Lip Л 3, старшин разряд которого являет-я знаковым. При логическом "0 =накавсгс

1 разряда код ня входе четь pcхкssдрянт. ного ЦАП,3 считается отрицательным, т . е . выхОднОН янялс 1 Овыи сиг нял тырехкьадрантнсгс цАП 13 имеет прсеивопслажный знак па отношению к гхсдна ;y,, При логической "" эеЕЯксь.Егo разряда код: èтяетея пола;.,....1 чьным.

Вариант р «Ялиэации четырехкзадрангнс1 гс ее.П 13 поясняется фиг. " и заключается в сдвиге нячяльнсг» уровня вьЕ— хсднагс сигнала иэ нуля э огре-.цательь1ую Обла .ть . ОНHQ на. пОлсе1инy диагЯ заня изменения выходнсгс сигнала двухквадрае1тнагс ЦАП 16 пои нулевом коде ня его цифровом вхо!p Koi,.

100...0 cooTBетс1вует Jyrië чя ныхае е четырехквадранте or 0 ПАП 13,. Я код

111... — наибольшему псложител:-нему значеюы входного кода,, Требуемый сдвиг вьЕхаднага урсяе1я фиг -, пслу чен за чет уммировяния прямого вхсднсгo тока ЦАП1 16 с инвер ным пс отношению к нему выходным током ЦАП,. причем слагаемые масптабьрсва-oJ Eepu

3 1 I 20387 используемого нерационально. Например, ПЗУ с 12-разрядными входом и вы. ходом должно иметь емкость 49152 бит, что соответствует 12 большим интегральным схемам типа 505РЕЗ емкостью а

4096 бит, При этом для углов < 90 используется только четверть всего объема ПЗУ.

Необходимую емкость памяти можно значительно сократить, если применить

ПЗУ для преобразования кодов толька

В преды1ах первого квадранта, я функцию в остальных трех квадрантах галучать из первого, используя симметрич1 ное отображение этого участка синусоиды относительно вертикальной, "ориэснтальной и наклонной прямых.

График и таблица на фиг. 4 иллюстрируют возможность, используя функенею преобразования А =э:ng, определенную для ПЗУ талька в первом квадранте, распространить ее на остальные три

Квадранта, а также реализовать в четы рех кнадрантах функцию А=сов111. Как видно из графика, для этого необхади- 2; мо иметь зеркальные отображения функции Л;=sing относительно прямьех: g =-1 (А,=-sing вс втором квадранте),, А=О (AL,-=sing в третьем квадранте) и А=lr

i (показано пунктирам)„ Для отображения относительной прямой =.1 учтем, что АЕЕ=зе1е .(1-ф), поэтому значения функции во втором квадранте получаются из А инверсией аргумента .

Отображение относительно ocи А=О (отрицательные значения) может быть получено за счет установки в "0" знаковога разряда четырехквадрянтнаго

ЦАПа, что саатветству т инверсчи выходного сигналя в облас ь атриця4О .тельных значений. ДЛя отображения относительна прямой А= („" необходимо прсинвертировять функцию инверсного аргументa, поскольку А111 а следовательно A,- =1-sing.

111

Таким образам, функцию преобразования ва всех четырех квадрянтях кяк для синусного, так и для косинуснаго преобразователей можно получить, используя управляемые пс коду двух стар-ших разрядов инверсии аргумента и функции, а также изменение знака ко-. да цифрового входа четырехквадрантно го ЦАПЯ. При этом в ПЗУ достаточна иметь преобразование кодов А „=-sin

C (: только в пределах первого квадранта.

Таблица на фиг. 4 представляет собой таблицу истинности для блока 2 упра::= .— ле11ия, реализующего треауемые сигняпсмопВ,е резистор»св е як v.,."ro — Ос е. Ош -=—

ВНр 11сжд7 ееими рявно 1/2, Су1.-еь"1-Еасвя— ние: оков происходит на инверсном входе операционного ycëëèòPJJÿ 18 и резистОра Б. 2 i и 2R 1 9. Каэ(11 е1ициент усиления ч е гьЕО ехква1rв Я н гна.-; ii>J! с Еесмсшью реэистсре .. 0 высирЯется

;=Еди н11 4BbJM B резулJBтя 1 е 1p ро нерее; я— таЧ iая ф1 НКцЕЕЯ снрrSЦЕЛЯCтioя Б .,. 11iP. ии ем

1120387

Silt 8/in где N — относительное, приведенное к единице значение входного кода ЦАП (0(N41) .

Таким образом, ЦАП 13 работает с двухполярным входным кодом и двухполярным входным аналоговым сигналом, что позволяет считать его четырехквадрантным и да ет возможность использовать совместно с преобразова— телем кодов, вырабатывающим код функ ций sand и cosCp, определенный для обеих полярностей.

Технико-экономическая эффективность предложенного преобразователя достигается благодаря упрощению его конструкции, что позволяет снизить. затраты на его реализацию и повысить надежность его функционирования .

1120387 гас

Hrr_#_ пр пр

Риг.3

ВНИКАЛИ Saias 774 7/39 Тираж 568 Поддмсаое

Филиала ППБ "Яатват", r.Óàãîðîä, уа.Проеатаам, 4