Функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ±m&[1,2mi]f(2n) формата "дополнительный код ru" в аналоговый сигнал управления ±ukf([1,2mi]) (вариант русской логики)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют арифметические процедуры над аргументами, имеющими позиционно-знаковую структуру аргументов аналоговых сигналов. Техническим результатом является реализация преобразования структуры аргументов аналоговых сигналов в аналоговый сигнал управления. Функциональная структура реализована на операционных усилителях и цифроаналоговых преобразователях.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют различные арифметические процедуры над аргументами аналоговых сигналов ± m&[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» и формируют посредством функциональной структуры цифроаналогового преобразователя f1(ЦАП) аналоговый сигнал управления ± U kf([1,2 m i]).

Известна функциональная структура преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ±[m i]f(-1/+1,0,…+1) формата «Дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ± U kf([m i]) (см. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М. «Мир», 1982 г. С. 451, рис. 24.14), в которой если ввести аналитическую запись функциональных структур:

где (=) - функциональная цифровая связь позиционных аргументов; (→) - функциональная аналоговая связь аналоговых аргументов напряжения и энергетического тока; (↑) и (↓) - функциональная прерванная связь;

то математическую модель логико-динамического процесса преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ±[m i]f(-1/+1,0,…+1) «дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ± U kf([m i]) можно записать в виде аналитического выражения вида

При этом логико-динамический процесс преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ±[m i]f(-1/+1,0,…+1) «дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ± U kf([m i]) может быть записан в виде графоаналитического выражения вида

И результирующий аргумент «аналогового» сигнала ± U kf([m i]) формирует функциональная структура f2(ОУ) из векторной суммы входного аргумента ↓I kf( m ±&[1 m i]) функциональной структуры f1(ЦАП) и входного аргумента I nf(U оп) функциональной структуры f1(ОУ) операционного усилителя. При этом величина входного аргумента I nf(U оп) функциональной структуры f1(ОУ) должна быть эквивалентна информационному содержанию знакового аргумента m ±, который в системе функциональной структуры f1(ЦАП) для условно отрицательных аргументов [m i] не активный, а для положительных аргументов [m i] активизирует логическая функция f1( & )-НЕ, что и приводит к компенсации величины входного аргумента I nf(U оп) функциональной структуры f1(ОУ). В результате динамический диапазон изменения аргумента результирующего «аналогового» сигнала ± U kf([m i]) функциональной структуры f2(ОУ) существенно ограничен на величину старшего разряда функциональной структуры f1(ЦАП) (прототип).

Известный прототип имеет технические возможности, которые заключаются в том, что реализуют процедуру преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов ±[m i]f(-1/+1,0,…+1) «Дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ± U kf([m i]).

Недостатком известного технического решения является ограничение функциональных возможностей, поскольку не может быть преобразована структура аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ± U kf([1,2 m i]). При этом следует отметить, что структура аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» позволяет все арифметические преобразования выполнять без выполнения сквозных переносов, что приводит к существенному сокращению технологического цикла ∆t S их выполнения.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение функциональных возможностей функциональной структуры цифроаналогового преобразователя f1(ЦАП).

Указанный технический результат достигается следующей функциональной структурой.

Функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ± U kf(±[1,2 m i, включающая функциональную структуру цифроаналогового преобразователя f1(ЦАП)

где ± m - аргумент знакового разряда; [1 m i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 1»; & 1 - логическая функция f1( & )-НЕ; I kf( m ±&[1 m i])↑ - результирующих аргумент тока;

функциональную структуру операционного усилителя f1(ОУ)

где f1(Rос) - резисторная функция обратной связи; U 0 - аргумент условно нулевого напряжения; U оп - аргумент опорного напряжения, f1(Rос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи; f2(R) - функциональная структура резисторной функции выходной функциональной связи;

и функциональную структуру операционного усилителя f2(ОУ)

где f2(Rос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи;

при этом функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

при этом введена функциональная дополнительная структура f2(ЦАП)

[2 m i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 2»,

а функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

Принципы формирования математических моделей с «аналоговой» формой информации, в основе которых лежит функциональная структура f(ОУ) операционного усилителя. Разработанные схемные технические решения функциональных структур для преобразования аргументов с «аналоговой» формой информации не относятся к категории аналитической формы записи конкретных логико-динамических процессов. А на их основе также могут быть выполнены не только различные «арифметические» преобразования, такие как сложение и умножение аргументов, но и процедуры контроля и управления различными технологическими процессами, которые реализованы не только на техническом уровне, но и на уровне функциональных химических структур. И если для «цифровых» структур аргументов была сформирована аналитическая форма записи различных логических функций и сформированы правила преобразования их функциональных структур, то и для «аналоговых» аргументов также необходимо сформировать аналитическую форму записи функциональных различных структур, в которых основным элементом является функциональная структура операционного усилителя f(ОУ).

Из анализа условного графического обозначения операционного усилителя (ОУ) и его реального содержания следует, что если применить только аналитические символы, то его можно записать в виде аналитического выражения (1)

в котором графическое обозначение записано в виде символа системы (}) с входными и выходной функциональными связями f(→). При этом функциональные входные связи конкретизированы дополнительными символами «+» и «-» и они имеют однозначное смысловое содержание, которое принято при записи в графическом изображении (ОУ). Аналогичный результат может быть получен и для других функциональных структур, а для этого приведем несколько конкретных примеров.

Пример 1. Функциональная структура f(ОУ) с отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (2)

Из сопоставительного анализа аналитического выражения функциональной структуры f(ОУ) с отрицательной обратной связью и графической ее записи следует, что они эквивалентны в смысловом их содержании, поскольку в качестве обратной связи в аналитическом выражении записан результирующий аргумент U вых↑ с прерванной функциональной связью и тот же аргумент ↓U вых на условно отрицательной функциональной связи системы функциональной структуры f(ОУ).

Пример 2. Функциональная структура f(ОУ) неинвертирующего сумматора может быть записана в виде графоаналитического выражения (3)

особенностью которой являются дополнительные входные системы положительной (+) и условно отрицательной (-) входной системы функциональной структуры f(ОУ). И эти дополнительные системы функциональной структуры f(ОУ) соответствуют объединению токов резисторных функций.

Пример 3. Функциональная структура f(ОУ) инвертирующего сумматора может быть записана в виде графоаналитического выражения (4)

в котором логика формирования математической модели существенно не отличается от логики формирования математической модели (3)

Пример 4. Первый вариант с последовательными функциональными структурами f(ОУ), который запишем в виде графоаналитического выражения (5)

Пример 5. Второй вариант с последовательными функциональными структурами f(ОУ), который запишем в виде графоаналитического выражения (6)

Пример 6. Первый вариант функциональной структуры f(ОУ) с коммутируемой отрицательной обратной связью, который запишем в виде графоаналитического выражения (7)

Пример 7. Второй вариант функциональной структуры f(ОУ) с коммутируемой отрицательной обратной связью, который запишем в виде графоаналитического выражения (8)

Пример 8. Парный вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (9)

Пример 9. Второй вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (10)

Пример 10. Третий вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (11)

Пример 11. Четвертый вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде аналитического выражения (12)

Из анализа аналитических выражений (2)-(12) следует, что, с одной стороны, они полностью соответствуют их графическим аналогам, с другой стороны, могут быть использованы для записи математических моделей различных технологических процессов преобразования с различной «формой информации» аргументов. И в качестве такого примера синтезируем математическую модель цифроаналогового преобразователя, посредством которого может быть реализован процесс преобразования структуры аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ± U kf([1,2 m i]). При этом следует отметить, что структура аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 n i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» позволяет все арифметические преобразования аргументов реализовывать без выполнения сквозных переносов fΣ(+← ←+), что приводит к существенному сокращению технологического цикла ∆t S их выполнения.

Если записать структуру аргументов ±[m j]f(2n) - «Дополнительный код» в виде выражения (13)

то она может быть отнесена к одному из вариантов структур аргументов троичной системы счисления f(+1,0,-1), которые в аналитической форме могут быть записаны в виде выражения (14)

где (1,2) - индекс, соответствующий тому, что каждый условно «j» разряд в структуре аргументов ±[1,2 m j]f(2n) формата «Дополнительный код RU» включает аргумент «Уровня 1» и может включать аргумент «Уровня 2». Для формирования смыслового содержания структуры аргументов ±[1,2 m j]f(2n) - «Дополнительный код RU» приведем несколько примеров структур аргументов «Дополнительный код RU» и логико-динамический процесс перехода к структуре аргументов «Дополнительный код».

Пример 1. Логико-динамический процесс перехода от структуры положительных аргументов ±[1,2 m j]f(2n) → «0111111(1,21)» - «Дополнительный код RU» к структуре аргументов ±[m j]f(2n) → «10000000» - «Дополнительный код»

Из анализа графоаналитического выражения (15) следует, что данная конкретная реализация структуры аргументов ±[1,2 m j]f(2n) - «Дополнительный код RU» может быть преобразована в структуру аргументов ±[m j]f(2n) - «Дополнительный код» посредством процедуры логического дифференцирования d/dn «Уровня 1». А в результате такого преобразования структуры аргументов ±[1,2 m j]f(2n) формируется условно отрицательный аргумент локального переноса f(+-)d/dn процедуры логического дифференцирования d/dn → f1(+←↓-)d/dn, который в условно «j»1 разряде с положительным аргументом второго уровня формирует активный логический ноль «+1/-1» → «±0», а в в условно «j»2 разряде положительный аргумент локального переноса f(++)d/dn формирует результирующий аргумент, соответствующий аргументу в структуре ±[m j]f(2n) - «Дополнительный код». При этом следует отметить, что функциональные структуры процедуры логического дифференцирования d/dn → f(+←↓-)d/dn реализуют с применением арифметической аксиомы «+1» → «+2»«-1» троичной системы счисления f(+1,0,-1), а в ней они минимизированы до трех возможных вариантов прямых и обратных аксиом, которые запишем в виде выражения (16).

И если выполнить преобразование аргумента в соответствии с арифметической аксиомой «+1» → «+2»«-1», то может быть записано графоаналитическое выражение (17)

где - логическая функция f1(&)-И; = & 1 = - логическая функция f1(&)-НЕ;

в котором логические функции f1(&)-И и f2(&)-И реализуют локальную процедуру анализа только двух последовательных аргументов. В результате для условно «j» разряда аналитическое выражение (17) запишем в виде функциональной структуры (18)

посредством которой и реализуется процедура логического дифференцирования d/dn → f1(+←↓-)d/dn аргументов в соответствии с графоаналитическим выражением (19)

Возвращаясь к анализу структуры аргументов ±[1,2 m j]f(2n) - «Дополнительный код RU», следует отметить, что ее структура аргументов многовариантна конкретного информационного содержания, поскольку если сформировать графоаналитические выражения (18)-(20)

то «Многовариантность» формирует сквозной нереализованный перенос f(+← ←+).

Пример 2. Логико-динамический процесс перехода от структуры положительных аргументов ±[1,2 m j]f(2n) → «01111(121)11» - «Дополнительный код RU» к структуре аргументов ±[m j]f(2n) → «10000011» - «Дополнительный код»

Из анализа графоаналитического выражения (21) следует, что если учесть, что процедура логического дифференцирования d/dn → f(+←↓-)d/dn является арифметически корректной процедурой сквозного переноса f(+← ←+), поскольку f(++)d/dn ↔ f(+← ←+), то переход структуры аргументов ±[1,2 m j]f(2n) - «Дополнительный код RU» к структуре аргументов ±[m j]f(2n) - «Дополнительный код» выполняется путем реализации сквозного переноса. А его реализация при формировании результирующей суммы в сумматоре f1(Σ) и умножителе fΣ(Σ) не целесообразна, поскольку быстродействие их при формировании результирующей суммы в «Дополнительном коде» определяется технологическим циклом ∆t S сквозного переноса fΣ(+← ←+). Поэтому все арифметические преобразования целесообразно выполнять с применением неминимизированных структур аргументов ±[1,2 m j]f(2n) - «Дополнительный код RU», которая также является структурой аргументов троичной системы счисления f(+1,0,-1).

Пример 3. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ±[1,2 m i] → «+»«10000000» и ±[1,2 m j] → «+»«11100000» в сумматоре fCD(Σ) с формированием результирующей суммы ±[1,2 S k] в формате «Дополнительного кода RU»

Пример 4. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ±[1,2 m i] → «+1»«01000000» и ±[1,2 m j] → «+»«11100000» в сумматоре fCD(Σ) с формированием результирующей суммы ±[1,2 S k] в формате «Дополнительного кода RU»

Из анализа графоаналитических выражений (22) и (23) следует, что структура аргументов слагаемых ±[1,2 m i] и ±[1,2 m j] «Уровня 2» может включать любую последовательность активных аргументов и эта последовательность аргументов в результате реализации процедуры логического дифференцирования d/dn → f(+←↓-)d/dn может быть минимизирована до структуры аргументов результирующей суммы ±[1,2 S k] формата «Дополнительный код RU».

Пример 5. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ±[1,2 m i] → «+1»«01111110» и ±[1,2 m j] → «+1»«00111110» в сумматоре fCD(Σ) с формированием результирующей суммы ±[1,2 S k] в формате «Дополнительного кода RU»

Из анализа графоаналитического выражения (24) следует, что результирующая сумма ±[1,2 S k] сформирована в результате двух последовательных процедур логического дифференцирования d1/dn → f(+←↓-)d/dn и d2/dn → f(+←↓-)d/dn. При этом первая процедура логического дифференцирования d1/dn → f(+←↓-)d/dn выполняется только в «Уровне 2» структур аргументов ±[1,2 S k]1 и ±[1,2 S k]2, которые сформированы в результате объединения аргументов слагаемых ±[1 m i] и ±[1 m j] «Уровня 1» и аргументов слагаемых ±[2 m i] и ±[2 m j] «Уровня 2». А вторая процедура логического дифференцирования d2/dn → f(+←↓-)d/dn выполняется после объединения скорректированных структур аргументов ±[1,2 S k]1 и ±[1,2 S k]2, в результате результирующая сумма ±[1,2 S k] может быть сформирована в формате «Дополнительный код RU». А если учесть, что процедуры логического дифференцирования d1/dn → f(+←↓-)d/dn и d2/dn → f(+←↓-)d/dn, по существу, реализуют сквозной перенос f1,2(++)d/dn и он реализуется в результате локального анализа активных аргументов в «Уровне 2», то технологический цикл ∆t S при формировании результирующей суммы ±[1,2 S k] в формате «Дополнительного кода RU» является максимально минимизированной процедурой. При этом следует отметить, что двойная процедура логического дифференцирования d1/dn → f(+←↓-)d/dn и d2/dn → f(+←↓-)d/dn позволяет сформировать функциональную структуру сумматора fCD(Σ) неограниченной разрядностью с минимальным технологическим циклом ∆t S.

Поскольку любая результирующая структура аргументов может быть использована в системах управления, где информационное содержание позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» преобразуют в аналоговый сигнал управления ± U kf(±[1,2 m i]) с тем же информационным содержанием, поэтому сформируем графоаналитическое выражение (25)

в котором функциональная структура f1(ЦАП) осуществляет преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов ±[1 m i] «Уровня 1», а введенная функциональная дополнительная структура f2(ЦАП) осуществляет преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов ±[2 m i] «Уровня 2» в энергетический аргумент тока I kf( m ±&[1,2 m i])↑, который поступает на инвертирующую функциональную связь (-) функциональной структуры операционного усилителя f2(ОУ), в котором активизируется аналоговый сигнал управления ± U kf(±[1,2 m i]) с информационным содержанием позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU».

Использование предложенного технического решения позволяет реализовать процедуру преобразования структуры аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ± U kf(±[1,2 m i]).

Функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ±[1,2 m i]f(2n) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ± U kf(±[1,2 m i]), включающая функциональную структуру цифроаналогового преобразователя f1(ЦАП)

где ± m - аргумент знакового разряда; [1 m i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 1»; & 1 - логическая функция f1( & )-НЕ; I kf(m ±&[1 m i])↑ - результирующий аргумент тока;
функциональную структуру операционного усилителя f1(ОУ)

где f1(Rос) - резисторная функция обратной связи; U 0 - аргумент условно нулевого напряжения; U оп - аргумент опорного напряжения, f1(Rос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи; f2(R) - функциональная структура резисторной функции выходной функциональной связи; и
функциональную структуру операционного усилителя f2(ОУ)

где f2(Rос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи;
при этом функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

отличающаяся тем, что введена функциональная дополнительная структура f2(ЦАП)

где [2 m i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 2»,
а функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразования данных и может быть использовано для выполнения нелинейного преобразования данных над оцифрованным сигналом переменного тока.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения сигналов. .

Изобретение относится к передаче обратной связи состояния канала в сети мобильной связи и, более конкретно, к способу и устройству для сжатия обратной связи состояния канала адаптивным способом.

Изобретение относится к устройствам параллельного преобразования аналогового сигнала в цифровые сигналы (коды) и может быть использовано в составе систем обработки и управления сигналами.

Изобретение относится к способам обнаружения радиосигналов (PC). .

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с уплотнением по времени и может быть использовано в измерительной технике и устройствах связи.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи и обработки информации. .

Изобретение относится к процессору сигналов с масштабированным аналоговым сигналом. .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для преобразования длительности одиночных временных интервалов (ВИ) наносекундного диапазона, представленных старт- и стоп-импульсами, в цифровой код

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах оперативного контроля для измерения аналоговых величин

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах автоматизации для прямого и обратного преобразования аналогового сигнала в цифровой код

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами, в частности в автоматизированном электроприводе. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства. Устройство содержит генератор счетных импульсов, двоичные суммирующие счетчики, дешифратор, логический элемент «n ИЛИ», генератор пилообразного напряжения, сумматор, интегратор, релейный элемент, компараторы, инвертор, логические элементы «3И», элемент задержки, одновибратор, регистры памяти, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), вход для подключения к источнику синхроимпульсов, входную и выходную клеммы. 7 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют арифметические процедуры над аргументами, имеющими позиционно-знаковую структуру аргументов аналоговых сигналов

Наверх