Устройство для функционального преобразования широтно- импульсных сигналов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в телеметрических информационно-измерительных системах и вычислительно-управляющих комплексах. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей. Устройство для функционального преобразования широтно-импульсных сигналов содержит четыре преобразователя 1 - 4 код - частота, два реверсивных счетчика 5, 6, информационный вход 7, шесть входов 8 - 13 опорных частот, вход 14 задания кода масштаба, выход 15 и коммутатор 16, соединенные между собой функционально. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в телеметрических информационно-измерительных системах и вычислительно-управляющих комплексах.

Известно устройство для функционального преобразования ШИМ-сигналов, содержащее четыре преобразователя код-частота, два сумматора-вычитателя, два реверсивных счетчика, три элемента И, элемент НЕ и два элемента ИЛИ [1] .

Недостатком устройства является его ограниченные функциональные возможности из-за наличия большого количества зависимых коэффициентов аппроксимации.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство для функционального кодирования широтно-импульсных сигналов, содержащее четыре преобразователя код-частота, два реверсивных счетчика, информационный вход, шесть входов опорных частот, шину кода масштаба и выход [2] .

Недостатками устройства являются его сложность и ограниченные функциональные возможности из-за наличия большого количества зависимых коэффициентов аппроксимации.

Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для функционального преобразования широтно-импульсных сигналов, содержащее первый, второй, третий и четвертый преобразователи код-частота, первый и второй реверсивные счетчики, информационный вход, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы, причем выходы и вычитающие входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно с кодовыми входами и выходами второго и четвертого преобразователя код- частота, а частотные входы второго и третьего преобразователей код-частота являются шестым и пятым входами устройства соответственно, введен коммутатор, первый и второй разряды первого информационного входа которого являются соответственно первым и третьим входами устройства, а первый и второй разряды его второго информационного входа - вторым и четвертым входами устройства, информационный вход которого соединен с управляющим входом коммутатора, третьи разряды первого и второго информационных входов которого соединены соответственно с выходами второго и третьего преобразователей код-частота, кодовый вход последнего преобразователя код-частота объединен с входом задания кода масштаба и кодовым входом первого преобразователя код- частота, выход которого подключен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, а частотный вход - к выходу первого разряда коммутатора, выход второго и третьего разрядов которого соединены соответственно с частотным входом четвертого преобразователя код-частота и с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, выход которого является выходом устройства.

Сущность изобретения состоит в создании простого и помехоустойчивого устройства для функционального преобразования широтно-импульсных сигналов с использованием итерационного метода реализации оператора усреднения путем организации трехканального частотного коммутирования и функционального обобщения процесса преобразования кода в частоту как для цепи обратной связи местного контура, так и для цепи прямой связи главного контура.

Функциональная схема устройства для функционального преобразования широтно-импульсных сигналов представлена на чертеже.

Устройство для функционального кодирования широтно-импульсных сигналов содержит первый, второй, третий и четвертый преобразователи 1-4 код-частота, первый и второй реверсивные счетчики 5, 6, информационный вход 7, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы 8-13, вход 14 задания кода масштаба и выход 15, причем выходы и вычитающие входы первого и второго реверсивных счетчиков 5,6 соединены соответственно с кодовыми входами и выходами первого и четвертого преобразователей 2, 4 код-частота, а частотные входы второго и третьего преобразователей 2, 3 код-частота являются шестым 13 и пятым 12 входами устройства соответственно.

Кроме того, устройство содержит коммутатор 16, первый и второй разряды первого информационного входа которого являются соответственно первым 8 и третьим 10 входами устройства, а первый и второй разряды его второго информационного входа - вторым 9 и четвертым 11 входами устройства, информационный вход 7 которого соединен с управляющим входом коммутатора 16, третьи разряды первого и второго информационных входов которого соединены соответственно с выходами второго 2 и третьего 3 преобразователей код-частота, кодовый вход последнего преобразователя код-частота объединен с входом 14 задания кода масштаба и кодовым входом первого преобразователя 1 код-частота, выход которого подключен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика 5, а частотный вход - к выходу первого разряда коммутатора 16, выход второго и третьего разрядов которого соединены соответственно с частотным входом четвертого преобразователя 4 код-частота и с суммирующим входом второго реверсивного счетчика 6, выход которого является выходом 15 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени реверсивные счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии. На вход 14 подается код масштаба N, на вход 7 - широтно-импульсный сигнал (ШИМ-сигнал) относительной длительностью Θ, а на входы 8-13 - соответственно импульсные последовательности опорных частот f₀₁, f₀₂, f₀₃, f₀₄, f₀₅ и f₀₆. Преобразователи 1-4 код-частота осуществляют линейное преобразование кода в частоту, т. е. вырабатывают импульсные последовательности с частотами, средние значения которых пропорциональны соответствующим управляющим кодам, и могут быть выполнены в виде двоичных умножителей частот с динамическим частотным выходом.

На первый, второй и третий разряды первого информационного входа D₁ коммутатора 16 поступают соответственно импульсные последовательности опорных частот f₀₁, f₀₃ и импульсы с выхода преобразователя 2 код-частота, на аналогичные разряды его второго информационного входа D₂ - f₀₂, f₀₄ и последовательности импульсов с выхода преобразователя 3 код-частота, а на его вход управления V подается широтно-импульсный сигнал Θ.

С выхода первого разряда коммутатора 16 на частотный вход преобразователя 1 код-частота поступают импульсные последовательности опорной частоты f₀₁ в течение действия ШИМ-сигнала и опорной частоты f₀₂- в его отсутствии. Импульсная последовательностей, выработанная преобразователем I код-частота, под воздействием кода масштаба N поступает на суммирующий вход счетчика 5. При этом первый же импульс, появившийся на выходе преобразователя 1 код-частота, записывается в счетчик 5 и делает его содержимое отличным от нуля.

Преобразователь 2 код-частота, работающий с опорной частотой f₀₆, начинает вырабатывать импульсную последовательность, так как управляющий им код N_c с выхода счетчика 5 стал отличен от нуля.

Последовательность импульсов с выхода преобразователя 2 поступает на вычитающий вход счетчика 5 и на третий разряд первого информационного входа D₁ коммутатора 16.

С выхода третьего разряда коммутатора 16 на суммирующий вход счетчика 6 поступают импульсные последовательности, выработанные преобразователем 2 код-частота, в течение действия ШИМ-сигнала и преобразователем 3 - при его отсутствии, причем преобразователь 3 код-частота работает с опорной частотой f₀₅.

После того, как выходной код N_z счетчика 6 принял ненулевое значение, преобразователь 4 код-частота, работающий через коммутатор 16 с опорной частотой f₀₃ в течение действия ШИМ-сигнала и с опорной частотой f₀₄ - при его отсутствии начнет вырабатывать импульсную последовательность. Эта последовательность импульсов с выхода преобразователя 4 код-частота поступает на вычитающий вход счетчика 6.

Далее процесс повторяется аналогично и при достижении равенства числа импульсов за период следования ШИМ-сигнала, поступающих на суммирующий и вычитающий входы обоих реверсивных счетчиков, устройство переходит в режим динамического равновесия, при котором выходной код реверсивного счетчика 6 соответствует требуемому результату.

В основу построения устройства положен итерационный принцип усреднения импульсных потоков с использованием частотно-импульсной следящей системы и автоматической компенсации частотно-импульсных последовательностей, реализуемой с помощью отрицательной обратной связи при частотном задании опорных величин и организации трехканального коммутирования, причем осуществляется умножение время-импульсное по обеим цепям главного контура, как и по суммирующей цепи дополнительного контура, а каждый преобразователь код-частота этих цепей заменяет два преобразователя код-частота за один период широтно-импульсного сигнала, благодаря чему создается возможность более простого функционального кодирования широтно-импульсных сигналов для вычисления элементарных функций.

В качестве схемы сравнения, вырабатывающей сигнал рассогласования, в контуре обратной связи используется реверсивный счетчик 6, с помощью которого осуществляется, во-первых, суммирование частот, во-вторых, вычитание и, в-третьих, интегриро- вание полученной разности с выдачей результата в виде двоичного кода. Кроме главного контура отрицательной обратной связи, здесь имеется дополнительный контур на основе реверсивного счетчика 5.

Условием динамического равновесия устройства является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей в каждом реверсивном счетчике в течение периода следования ШИМ-сигнала аргумента, т. е. равенства средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы реверсивных счетчиков.

В соответствии с функциональной схемой предложенного устройства на суммирующий вход реверсивного счетчика 5 поступает импульсная последовательность со средней частотой = N, а на его вычитающий вход - = N, где N_c - выходной код счетчика 5; n - разрядность преобразователей код-частота.

Динамическое равновесие реверсивного счетчика 5 будет при условии = Отсюда N = N, или N_c= N (1) . На суммирующий вход реверсивного счетчика 6 поступает импульсная последовательность со средней частотой = + , а на его вычитающий вход - = N_z . Тогда динамическое равновесие счетчика 6 наступит при
= или
+ = N_z Отсюда
N_z= . C учетом выражения (1) находим функциональную характеристику устройства в общем виде
N= = (2)
Таким образом/ устройство реализует функциональную зависимость/ содержащую рациональную дробь относительно аргумента Θ благодаря чему может быть воспроизведен широкий набор функций/ аппроксимируемых выражением (2).

В таблице приведены результаты аппроксимаций для ряда элементарных функций/ воспроизводимых предложенным устройством для функционального кодирования широтно-импульсных сигналов (аргумент Θ обозначен переменной Х). (56) Авторское свидетельство СССР N 1211749, кл. C 06 F 15/31, 1984.

Авторское свидетельство СССР N 1203535, кл. G 06 F 15/31, 1984.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый, второй, третий и четвертый преобразователи код-частота, первый и второй реверсивные счетчики, информационный вход, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы опорных частот, причем выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно с кодовыми входами второго и четвертого преобразователей код-частота, выходы которых соединены соответственно с вычитающими входами первого и второго реверсивных счетчиков, а частотные входы второго и третьего преобразователей код-частота являются соответственно шестым и пятым входами опорных частот устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения его функциональных возможностей, в него введен коммутатор, первый и второй разряды первого информационного входа которого являются соответственно первым и третьим входами опорных частот устройства, а первый и второй разряды второго информационного входа коммутатора являются соответственно вторым и четвертым входами опорных частот устройства, информационный вход которого соединен с управляющим входом коммутатора, третьи разряды первого и второго информационных входов которого соединены соответственно с выходами второго и третьего преобразователей код-частота, кодовый вход третьего преобразователя код-частота соединен с входом задания кода масштаба устройства и с кодовым входом первого преобразователя код-частота, выход которого соединен с входом сложения первого реверсивного счетчика, частотные входы первого и четвертого преобразователей код-частота соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов коммутатора, выход третьего разряда которого соединен с входом сложения второго реверсивного счетчика, выход которого является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2