Функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к информационно-вычислительной технике, а именно к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем. Функциональный преобразователь содержит формирователь 1 импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, управляемый делитель 3 частоты, счетчик 4 импульсов, регистр 6, элементы 7 и 8 задержки, источник 9 опорного напряжения, интегратор 10 со сбросом, блок 11 выборки-хранения, блок преобразования напряжения в частоту, входную 13 и выходную 14 шины. Вход формирователя 1 соединен с шиной 13, а выход - непосредственно с входом записи регистра 6 и через элемент 7 - с входом обнуления счетчика 4, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2 и тактовым входом делителя 3, а выходы разрядов соединены с соответствующими информационными входами регистра 6. Блок 5 включен между выходом регистра 5 и управляющим входом делителя 3, выход которого соединен непосредственно с управляющим входом блока 11, а через элемент 8 - с входом сброса интегратора 10. Источник 9, интегратор 10, блок 11 и блок 12 соединены последовательно, при этом выход блока 12 соединен с шиной 14. 1 ил.

Изобретение относится к информационно-вычислительной технике, а именно к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем.

Известен функциональный преобразователь, содержащий последовательно включенные источник опорного напряжения, коммутатор, масштабирующую резистивную матрицу, интегратор, блок выборки-хранения, преобразователь напряжения в длительность импульса и выходной счетчик импульсов, аналоговый блок памяти, включенный между вторым выходом источника опорного напряжения и информационным входом интегратора, последовательно включенные генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, блок синхронизации, первый и второй входы которого соединены с выходами генератора тактовых импульсов и преобразователя напряжения в длительность импульса соответственно, а выходы - с управляющими входами аналогового электронного ключа, блока выборки-хранения, преобразователя напряжения в длительность импульса и выходного счетчика импульсов, и электронный ключ, информационный вход которого подключен к первому выходу источника опорного напряжения, управляющий вход - к выходу преобразователя напряжения в длительность импульса, а выход - к входу интегратора [1]. Этот преобразователь обеспечивает нелинейное преобразование емкости в код.

Недостатком указанного преобразователя являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что он не позволяет осуществлять нелинейное преобразование частоты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, последовательно соединенные интегратор, блок выборки-хранения и блок преобразования напряжения в частоту, выход которого соединен с выходом преобразователя, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов, формирователь импульсов, вход которого соединен с входом преобразователя, делитель частоты, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения, последовательно соединенные коммутатор, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, и масштабирующую резистивную матрицу, выход которой соединен с входом интегратора, дешифратор, выход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с управляющим входом коммутатора, и два аналоговых блока памяти, информационные входы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, а выходы - с входом интегратора, управляющий вход первого аналогового блока памяти соединен с выходом преобразователя, первый управляющий вход второго аналогового блока памяти соединен с первым выходом формирователя импульсов, а второй управляющий вход - с вторым выходом формирователя импульсов и входом делителя частоты, выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов [2].

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, обусловленное большим временем преобразования (время преобразования составляет несколько циклов, каждый из которых включает в себя число периодов входного сигнала, равное коэффициенту деления делителя частоты).

В известный функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, формирователь импульсов, вход которого соединен с входом преобразователя, последовательно соединенные интегратор, блок выборки-хранения и блок преобразования напряжения в частоту, выход которого соединен с выходом преобразователя, делитель частоты, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов, введены регистр, блок преобразования кодов и два элемента задержки, при этом делитель частоты выполнен управляемым, а интегратор выполнен в виде интегратора со сбросом, информационный вход регистра соединен с выходом счетчика импульсов, вход записи - с выходом формирователя импульсов, а выход - с входом блока преобразования кодов, выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, первый элемент задержки включен между выходом формирователя импульсов и входом обнуления счетчика импульсов, тактовый вход делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом второго элемента задержки, информационный вход интегратора соединен с выходом источника опорного напряжения, а вход сброса - с выходом второго элемента задержки.

Совокупность вновь введенных элементов и связей не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемый преобразователь следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого преобразователя.

Функциональный преобразователь содержит формирователь 1 импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, управляемый делитель 3 частоты, счетчик 4 импульсов, блок 5 преобразования кодов, регистр 6, элементы 7 и 8 задержки, источник 9 опорного напряжения, интегратор 10 со сбросом, блок 11 выборки-хранения, блок 12 преобразования напряжения в частоту, входную и выходную шины 13, 14.

Вход формирователя 1 соединен с шиной 13, а выход - непосредственно с входом записи регистра 6 и через элемент 7 - с входом обнуления счетчика 4, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2 и тактовым входом делителя 3, а выходы разрядов - с соответствующими информационными входами регистра 6. Блок 5 включен между выходом регистра 6 и управляющим входом делителя 3, выход которого соединен непосредственно с управляющим входом блока 11, а через элемент 8 - с входом сброса интегратора 10. Источник 9, интегратор 10, блок 11 и блок 12 соединены последовательно, при этом выход блока 12 соединен с шиной 14.

Работа преобразователя заключается в следующем.

Входной сигнал частотой F_вх поступает с шины 13 на вход формирователя 1. Формирователь 1 формирует из поступившего на его вход сигнала короткие импульсы с периодом Т_вх=1/F_вх следования, которые поступают непосредственно на вход записи регистра 6 и через элемент 7 - на вход обнуления счетчика 4.

На счетный вход счетчика 4 и тактовый вход делителя 3 поступают тактовые импульсы с частотой F_o, формируемые генератором 2, при этом частота F_o выбирается значительно большей, чем максимально возможная частота F_вх входного сигнала.

Под действием импульсов с выхода элемента 7 счетчик обнуляется с периодом Т_вх, а в промежутке между обнулениями его содержимое линейно-ступенчато нарастает от нуля до числа N, определяемого уравнением N = (1) Под действием импульсов с выхода формирователя 1 число N переписывается с выхода счетчика 4 в регистр 6. Время задержки элемента 7 выбирается минимально возможным, но достаточным для осуществления записи числа N в регистр 6.

В результате на выходе регистра 6 и входе блока 5 периодически с периодом Т_вх обновляется код числа N, пропорционального периоду Т_вхвходного сигнала.

Блок 5 представляет собой матрицу полупостоянного запоминающего устройства, информация в которой разделяется по адресам, составляя информационное слово. Каждое информационное слово жестко связано со своим адресом, в котором оно зафиксировано. При поступлении кода адреса на вход блока 5 на его выход поступает информационное слово, соответствующее этому адресу. Информационные слова, зафиксированные в блоке 5, представляют собой коды чисел М, определяемых равенством M= f (N), где f(N) - в общем случае нелинейная зависимость. Информационные слова заносятся пользователем в блок 5 заранее.

Зависимость М=f(N) определяется требуемой зависимостью выходной частоты F_вых= ϕ (F_вх) от входной. Она формируется из зависимости ϕ (F_вх) путем подстановки в последнюю вместо частоты F_вх величины F_o/N. В этом случае при подстановке в выражение f(N) вместо N в соответствии с уравнением (1) величины F_o/F_вх получим f(N)=ϕ (F_вх). (2) Например при ϕ (F_вх)=F_вх+а F_вх² получим M = f(N) = + a.

Подcиавляя в это уравнение вмеcто величины N величину F_o/Fв_х, получим M=f(N)=F_вх+а F_вх²= ϕ (F_вх) Число М равно коэффициенту деления делителя 3. Частота F следования импульсов на входе делителя 3 с учетом уравнения (2) определится F = = = (3) Импульсы с выхода делителя 3 поступают непосредственно на управляющий вход блока 11 и через элемент 8 - на вход сброса интегратора 10.

На информационный вход интегратора 10 поступает напряжение постоянного уровня Е_о с выхода источника 9.

С каждым импульсом с выхода элемента 7 интегратор 10 обнуляется, а в промежутке времени между обнулениями сигнал на его выходе линейно нарастает от нуля до уровня V, определяемого выражением
U = , (4) где τ - постоянная времени интегратора 10.

Под действием импульсов с выхода делителя 3 уровень запоминается блоком 11. Время задержки элемента 8 выбирается минимально возможным, но достаточным для осуществления записи информации с выхода интегратора 10 в блок 11.

Запомненный блоком 11 уровень V поступает на вход блока 12, который преобразует этот уровень в пропорциональное значение частоты F_вых выходного сигнала, поступающего на шину 14. Частота F_вых c учетом уравнений (3) и (4) определитcя
F_вых= KU = ϕ(F_вх), (5) где К - коэффициент передачи блока 12.

Параметры Е_о, К, F_o и τ выбираются из условия
= 1.

С учетом этого уравнения (5) может быть записано в виде
F_вых= ϕ (F_вх)
Таким образом, предлагаемое устройство как и прототип обеспечивает требуемое функциональное преобразование частоты входного сигнала, при этом закон преобразования определяется занесением соответствующей информации в блок 5.

В предлагаемом устройстве время преобразования определяется временем формирования кода на управляющем входе делителя 3. Оно не превышает одного периода входного сигнала.

Формула изобретения

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, формирователь импульсов, вход которого является входом преобразователя, последовательно соединенные интегратор, блок выборки-хранения и блок преобразования напряжения в частоту, выход которого является выходом преобразователя, делитель частоты, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, отличающийся тем, что в него введены регистр, блок преобразования кодов и первый и второй элементы задержки, причем делитель частоты выполнен управляемым, а интегратор выполнен в виде интегратора со сбросом, информационный вход регистра соединен с выходом счетчика импульсов, вход установки в "0" которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и с входом разрешения записи регистра, выход которого соединен с входом блока преобразования кодов, выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, выход которого соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса интегратора, информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а тактовый вход делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1