Устройство для синусно-косинусного преобразования

 

Устройство для синусно-косинусного преобразования может быть применено в качестве функционального преобразователя для вычисления значений функций sin x и cos x при значениях аргумента от минус 180 до плюс 180°. Сущность изобретения: устройство для синусно-косинусного преобразования содержит управляемый амплитудный детектор 1, выполненный на амплитудном детекторе 5, пороговом детекторе 6 и переключателе 7, формирователь 2 управляющих импульсов, выполненный на однопороговом 9 и двухпороговом 8 компараторах, одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь 3, коммутатор 4, содержащий два переключателя и два управляемых усилителя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-вычислительных системах, а также в различных функциональных преобразователях, когда требуется одновременно определять значение sin X и cos X с низкой погрешностью в интервале значений аргумента от -π до +π.

Известен синусно-косинусный преобразователь [1], использующий принцип аппроксимации заданной функции, содержащий несколько множительно-делительных устройств, сумматоров и масштабирующих элементов. Такое устройство аппроксимирует значение функций синуса и косинуса через дроби, в которых числитель представлен в виде многочлена третьей степени, а знаменатель - в виде многочлена второй степени.

Это устройство сложно по конструкции, формирует функции синуса и косинуса только в одном квадранте изменения аргумента.

Известен преобразователь функций синуса и косинуса [2], содержащий опорный генератор, формирователь импульсов, времяимпульсный преобразователь, два усилителя-ограничителя, интегрирующий усилитель и два фазочувствительных выпрямителя.

Устройство формирует на выходе функции синуса и косинуса, но только в трех квадрантах изменения аргумента. Такое устройство имеет погрешность, обусловленную дрейфом интегратора, имеет низкое быстродействие.

Наиболее близким к заявляемому по сходным признакам является устройство для синусно-косинусного преобразователя [3], формирующее на выходе функцию косинуса в четырех квадрантах изменения аргумента. Оно построено на основе синусно-косинусного одноквадрантного преобразователя и содержит кроме него амплитудный детектор и сумматор, причем блоки соединены последовательно, амплитудный детектор подключен к входу устройства, тригонометрический преобразователь подключен к выходу устройства, а на сумматор подано опорное напряжение.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не может одновременно формировать на выходе функцию и косинуса, и синуса во всех четырех квадрантах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Цель в устройстве для синусно-косинусного преобразователя, содержащем одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь и амплитудный детектор, подключенный к входу устройства, достигается тем, что амплитудный детектор выполнен управляемым и в устройство введены формирователь управляющих импульсов и коммутатор, причем вход формирователя управляющих импульсов подключен к входу устройства, первый его выход подключен к управляющему входу управляемого амплитудного детектора, выход которого подключен к входу синусно-косинусного преобразователя, первый и второй выход которого подключен соответственно к первому и второму входам коммутатора, третий и четвертый входы последнего подключены к первому и второму выходам формирователя управляющих импульсов соответственно, а два выхода коммутатора подключены к двум выходам устройства, управляемый амплитудный детектор содержит амплитудный детектор, пороговый амплитудный детектор и переключатель, первый информационный вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, второй информационный выход - к выходу порогового амплитудного детектора, при этом входы амплитудного и порогового амплитудного детекторов подключены к входу управляемого амплитудного детектора, управляющий вход переключателя подключен к управляющему входу управляемого амплитудного детектора, а выход переключателя является выходом управляемого амплитудного детектора, формирователь управляющих импульсов содержит двухпороговый компаратор и однопороговый компаратор, входы которых подключены к входу формирователя, при этом выход двухпорогового компаратора подключен к первому выходу формирователя, выход однопорогового компаратора подключен к второму выходу формирователя, коммутатор содержит первый и второй переключатели, первый и второй управляемые усилители, причем первый информационный вход первого переключателя и информационный вход первого управляемого усилителя подключен к первому входу коммутатора, второй информационный вход первого переключателя и информационный вход второго управляемого усилителя подключен к второму входу коммутатора, управляющие входы первого и второго управляемых усилителей подключены к четвертому входу коммутатора, выходы первого и второго управляемых усилителей подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго переключателя, выходы первого и второго переключателей подключены к первому и второму выходам коммутатора соответственно, а управляющие входы переключателей подключены к третьему входу коммутатора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для синусно-косинусного преобразователя, в состав которого входят управляемый амплитудный детектор 1, формирователь 2 управляющих импульсов, одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь 3, коммутатор 4.

Входы управляемого амплитудного детектора 1 и формирователя 2 управляющих импульсов подключены к входу устройства. Первый выход формирователя 2 управляющих импульсов подключен к управляющему входу управляемого амплитудного детектора 1, выход последнего - к входу одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора 4, к третьему и четвертому входам которого подключены соответственно первый и второй выходы формирователя 2 управляющих импульсов. Два выхода коммутатоpа 4 подключены к двум выходам устройства.

Управляемый амплитудный детектор 1 содержит амплитудный детектор 5, пороговый амплитудный детектор 6 и переключатель 7. Входы амплитудного 5 и порогового 6 детекторов подключены к входу управляемого амплитудного детектора 1, их выходы подключены соответственно к первому и второму информационным входам переключателя 7, управляющий вход которого подключен к управляющему входу управляемого детектора 1, а выход - к выходу управляемого детектора 1.

Формирователь 2 управляющих импульсов содержит двухпороговый компаратор 8 и однопороговый компаратор 9, входы которых подключены к входу формирователя 2 управляющих импульсов, а выходы - соответственно к первому и второму выходам формирователя 2 управляющих импульсов.

Коммутатор 4, схема которого представлена на фиг. 2, содержит первый переключатель 10, первый управляющий усилитель 11, второй управляемый усилитель 12 и второй переключатель 13. Первый и второй информационные входы первого переключателя 10 подключены к первому и второму входам коммутатора 4 соответственно, а его выход подключен к первому выходу коммутатора 4. Информационные входы первого 11 и второго 12 управляемых усилителей подключены к первому и второму входам коммутатора 4 соответственно. Управляющие входы первого 11 и второго 12 управляемых усилителей подключены к четвертому входу коммутатора 4. Их выходы подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго переключателя 13, выход которого является вторым выходом коммутатора 4. Управляющие входы переключателей 10 и 13 подключены к третьему входу коммутатора 4.

Принцип работы устройства заключается в том, что под воздействием сигнала с управляемого амплитудного детектора 1, управляемого сигналами с формирователя 2 управляющих импульсов, одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь 3 формирует в каждый четверти периода изменения аргумента, которому пропорционален входной сигнал и который изменяется на интервале аргумента от минус 180 до плюс 180^о, четвертые части отрицательных значений функции синуса и четвертые части положительных значений функций косинуса, а коммутатор 4 пропускает на два свои выхода четверти сигналов по определенной логике, и таким образом, на первом выходе устройства формируется непрерывная функция косинуса, а на втором - синуса на всех четырех квадрантах изменения аргумента.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал напряжения U_вх изменяется в пределах от -2U_o до +2U_o, что соответствует пределу изменения аргумента от -180 до +180^о. Он подается на входы управляемого амплитудного детектора 1 и формирователя 2 управляющих импульсов и соответственно на входы амплитудного детектора 5, порогового амплитудного детектора 6, двухпорогового компаратора 8, однопорогового компаратора 9, амплитудные характеристики которых представлены на фиг. 3а, б,в,г соответственно. По осям абсцисс отложены значения входного сигнала (в диапазоне изменения напряжения -2U_o ≅ U_вх ≅ +2U_o), по осям ординат - значения выходного сигнала соответствующего блока.

Амплитудный 5 и пороговый 6 детекторы формируют аналоговые сигналы в диапазоне изменения входного сигнала, а компараторы 8 и 9 - логические сигналы. Амплитудный детектор 5 формирует аналоговый сигнал напряжения 0 ≅ U₅ ≅ +2U_o при входных напряжениях -2U_o ≅ U_вх ≅ 2U_o. Пороговый амплитудный детектор 6 фомирует аналоговый сигнал амплитудой 0 ≅ U₆ ≅ U_o при входных напряжениях -2U_o ≅ U_вх' ≅ -U_o и при -U_o ≅ U_вх'' ≅ +2U_o.

Переключатель 7 по управляющему сигналу с выхода двухпорогового компаратора 8 подключает на свой выход сигнал с первого или второго своего входа. При входных напряжениях -U_o< U_вх< +U_o двухпороговый компаратор 8 формирует сигнал логического "0", по этому сигналу переключатель 7 подключает на свой выход сигнал со своего первого входа и на его выход проходит сигнал с выхода амплитудного детектора 5, который в этом диапазоне изменяется от 0 до U_o : 0 ≅ U₅ ≅ U_о. При |U_вх| > U_о на выходе двухпорогового компаратора 8 формируется сигнал логической "1", который переключает выход переключателя 7 на его второй вход, на выход переключателя 7 идет сигнал с порогового амплитудного детектора 6 и на выходе переключателя 7 формируется сигнал U₆, который изменяется в диапазоне 0 ≅ U₆ ≅ U_o при входных напряжениях -2U_o ≅ U_вх ≅ -U_o и U_o ≅ U_вх ≅ 2U_o. Выходной сигнал напряжения U₇ переключателя 7 представлен на фиг. 3д.

Под воздействием сигнала из четырех частей напряжения U₇ с управляемого амплитудного детектора 1 одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь 3 формирует соответственно четыре части сигнала косинуса на первом выходе и синуса на втором выходе. Сигнал напряжения U_3-1 пропорционален cos U₇ и состоит из частей U¹_3-1, U²_3-1, U³_3-1 (фиг. 3е). Сигнал напряжения U_3-2 пропорционален sinU₇ и состоит из частей U⁴_3-2, U²_3-2, U¹_3-2, U³_3-2 (фиг. 3ж).

Сигналы U_3-1 и U_3-2 с первого и второго выходов одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3 поступают на первый и второй входы коммутатора 4 соответственно, на третий и четвертый его входы поступают управляющие сигналы с компараторов 8 и 9 соответственно. На первом выходе коммутатора 4 формируется сигнал, пропорциональный косинусу во всех четырех квадрантах изменения аргумента и при соответствующих изменениях входного сигнала, следующим образом.

1. U_вх < |U_o|. Выход переключателя 10 подключен к своему первому входу по управляющему сигналу логического "0" с двухпорогового компаратора 8, и первый выход коммутатора 4 подключен к первому выходу (3-1) одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3. На первый выход коммутатора 4 проходит сигнал U¹_3-1 = U¹_вых(4-1).

2. U_o ≅ U_вх ≅ 2U_o. Выход переключателя 10 подключен к своему второму входу по управляющему сигналу логической "1" с двухпорогового компаратора 8, и первый выход коммутатора 4 подключен к второму выходу (3-2) одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3. На первый выход коммутатора 4 проходит сигнал U³_3-2 = U²_вых(4-1) 3. -2U_o ≅ U_вх ≅ -U_o. Выход переключателя 10 подключен к своему второму входу по управляющему сигналу логической "1" с двухпорогового компаратора 8, и первый выход коммутатора 4 подключен к выходу 3-2 одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3. На первый выход коммутатора 4 проходит сигнал U⁴_3-2 = U³_вых(4-1). Таким образом, на первом выходе коммутатора 4 из трех частей U^1,2,3_вых(4-1) сформирован непрерывный сигнал, пропорциональный косинусу на всем интервале изменения U_вх или в четырех квадрантах изменения аргумента (фиг. 3з).

Аналогично на втором выходе коммутатора 4 формируется сигнал, пропорциональный синусу.

1. 0 ≅ U_вх ≅ U_o. Выход переключателя 13 подключен к своему второму входу по управляющему сигналу логического "0" с двухпорогового компаратора 8, а выход 3-2 одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3 подключен к второму выходу коммутатора 4 через второй управляемый усилитель 12 с коэффициентом передачи К₁₂= -1, устанавливаемым по управляющему сигналу логической "1" с однопорогового компаратора 9. На второй выход коммутатора 4 проходит сигнал -U¹_3-2 = U¹_вых(4-2).

2. U_o ≅ U_вх ≅ 2U_o. Выход переключателя 13 подключен к своему первому входу по управляющему сигналу логической "1" с двухпорогового компаратора 8, и выход 3-1 одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3 подключен к второму выходу коммутатора 4 через первый управляемый усилитель 11 с коэффициентом передачи К₁₁=+1, устанавливаемым по управляющему сигналу логической "1" с однопорогового компаратора 9. На второй выход коммутатора 4 проходит сигнал U²_3-1 = U²_вых(4-2).

3. -U_o ≅U_вх ≅ 0. Выход переключателя 13 подключен к своему второму входу по управляющему сигналу логического "0" с двухпорогового компаpатоpа 8, и выход 3-2 одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3 подключен к второму выходу коммутатора 4 через управляемый усилитель 12 с коэффициентом передачи К₁₂=+1, устанавливаемый по управляющему сигналу логического "0" с однопорогового компаратора 9. На второй выход коммутатора 4 проходит сигнал U²_3-2 = U³_вых(4-2).

4. -2U_o ≅ U_вх ≅ -U_o. Выход переключателя 13 подключен к своему первому входу по управляющему сигналу логической "1" с двухпорогового компаратора 8, и выход 3-1 одноквадрантного синусно-косинусного преобразователя 3 подключен к второму выходу коммутатора 4 через управляемый усилитель 11 с коэффициентом передачи К₁₁= -1, устанавливаемым по сигналу логического "0" с однопорогового компаратора 9. На второй выход коммутатора 4 проходит сигнал -U³_3-1 = U⁴_вых(4-2).

Из четырех частей сигнала U^1,2,3_вых(4-2) на втором выходе коммутатора сформирован непрерывный сигнал, пропорциональный синусу на всем интервале времени U_вх или во всех четырех квадрантах изменения аргумента (фиг. 3и).

Таким образом, устройство позволит формировать на двух своих выходах непрерывные сигналы синуса и косинуса на одном целом периоде изменения аргумента.

Блоки устройства могут быть реализованы на стандартных электронных блоках. Управляемый детектор и формирователь управляющих импульсов могут быть выполнены по различным функциональным схемам, а коммутатор - в зависимости от формируемых на выходе управляемого амплитудного детектора функций.

Управляемый амплитудный детектор предлагаемой конструкции, реализует линейные возрастающие функции, но управляемый амплитудный детектор другой конструкции может реализовать, например, убывающие функции или другую функцию в четырех квадрантах изменения аргумента.

Конструкция управляемого амплитудного детектора позволяет выполнить тригонометрический преобразователь одноквад- рантным, что упрощает конструкцию устройства в целом.

Тригонометрический преобразователь может быть выбран любой конструкции, т. е. двух-, трех- или четырехквадрантным при соответствующих изменениях функциональных схем других блоков устройства, но во всех случаях это ведет к усложнению конструкции, поэтому вариант выполнения устройства на одноквадрантном синусно-косинусном преобразователе имеет предпочтение.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНУСНО-КОСИНУСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, содержащее одноквадрантный синусно-косинусный преобразователь и амплитудный детектор, подключенный к входу устройства, отличающееся тем, что амплитудный детектор выполнен управляемым и в устройство дополнительно введены формирователь управляющих импульсов и коммутатор, причем вход формирователя управляющих импульсов подключен к входу устройства, первый его выход - к управляющему входу управляемого амплитудного детектора, выход которого подключен к входу синусно-косинусного преобразователя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, третий и четвертый входы последнего подключены к первому и второму выходам формирователя управляющих импульсов соответственно, а два выхода коммутатора подключены к двум выходам устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемый амплитудный детектор содержит амплитудный детектор, пороговый амплитудный детектор и переключатель, первый информационный вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, второй информационный вход - к выходу порогового амплитудного детектора, входы амплитудного и порогового амплитудного детекторов подключены к входу управляемого амплитудного детектора, управляющий вход переключателя подключен к управляющему входу управляемого амплитудного детектора, а выход переключателя является выходом управляемого амплитудного детектора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь управляющих импульсов содержит двух- и однопороговый компараторы, входы которых подключены к входу формирователя, выход двухпорогового компаратора подключен к первому выходу формирователя, выход однопорогового компаратора - к второму входу формирователя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор содержит первый и второй переключатели, первый и второй управляемые усилители, первый информационный вход первого переключателя и информационный вход первого управляемого усилителя подключены к первому входу коммутатора, второй информационный вход первого переключателя и информационный вход второго управляемого усилителя - к второму входу коммутатора, управляющие входы первого и второго управляемых усилителей - к четвертому входу коммутатора, выходы первого и второго управляемых услителей - соответственно к первому и второму информационным входам второго переключателя, а выходы первого и второго переключателей - к первому и второму выходам коммутатора соответственно, управляющие входы переключателей - к третьему входу коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3