Аналого-цифровое делительное устройство

 

@ Д Ц C Д Ц Д g <>533943

И.ЗО Б РЕ ТЕ Н И Я

Со:л Советских

Сониалистнчесхнх

Рвсн блин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.02.75 (21) 2102125/24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.10.76. Бюллетень М 40 (45) Дата опубликования описания 07.12.7б (51) М.Кл.2 G 06 J 1/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК-681.334 (088.8) па делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения

Г. М. Хаиндрава (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ

ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано как в средствах вычислительной техники, так и в различных установках автоматики и систем управления в тех случаях, когда требуется повышенная точность выполнения операции деления аналогового напряжения на цифровой код и получение результатов деления в цифровом коде.

Известно делительное устройство (1), содержащее цифро-аналоговый преобразователь, подключенный аналоговым входом к первому входу устройства, а цифровыми входами — к выходам счетчика, соединенного счетным входом с выходом элемента «И», первый "ход которого связан с выходом генератора импульсов, а второй вход — с выходом блока сравнения, подключенного первым входом к выходу цифро-аналогового преобразователя, а вторым входом — к второму входу устройства.

Известно также устройство (2), содержащее цифро-аналоговый преобразователь, соединенный аналоговым входом с выходом переключателя, подключенного к двум входам устройства, а цифровыми входами — с выходом реверсивного счетчика, входы которого через элемент «И» подключены к выходу генератора импульсов и выходу блока сравнения, соединенного входами соответственно с третьим входом устройства, выходоM цифро-BHB;Ioгового преобразователя и входом выходного аналогового ключа, причем управляющие входы переключателя, аналогового ключа и логического элемента «И» связаны с выходамн блока коммутации.

Эти устройства не обеспечивают высокой точности вычислений при изменении температуры окружающей среды.в широких пределах

10 и, кроме того, при выполнении операции деления аналогового сигнала на цифровой код требуют введения дополнительного цифроаналогового преобразователя.

Прототипом изобретения является устрой15 ство (3), содержащее переключатель, первый вход которого соединен с входом делимого, второй вход — с источником опорного напряжения, а выход — с входом интегратора. подключенного выходом к входу нуль-органа, вы20 ход которого соединен с первыми входами двух блоков коммутации, выход первого блока коммутации связан с управляющим входом переключателя, а первый выход второго блока коммутации — с первым входом логи25 ческого элемента «И», подключенного вторым входом к выходу генератора опорной частоты, а выходом — к входу счетчика, выход которого подсоединен к первому .входу блока сравнения кодов, связанного вторым входом з0 с выходом регистра.

533943

Такое устройство также пе позволяет повысить точность вычислений при изменении температуры окружающей среды в широких пределах и требует для ввода сигнала делителя в цифровой форме дополнительного цифрэ-аналогового преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности вычислений.

Это достигается тем, что в аналого-цифровое делительное устройство дополнительно введены блски сравнения кодов, декадные делители частоты, счетчики, логические элементы «И», ком.(аратор, орапичитель напряжения и инвертор. Выход инвертора подключен к третьему входу переключателя, а вход— к входу делимого и первому входу компаратора, соединенного вторым входом с выходом интегратора, а выходом — с вторым входом первого блока коммутации, Выход интегратора подключен к ограничителю напряжения, а второй и третий выходы второго блока коммутации — к первым входам соответственно первого,и,второго дополнительных элементов

«И», связанных вторыми входами с выходом генератора опорной частоты. Выход основного блока сравнения кодов соединен с входом первого дополнительного счетчика и входом обнуления основного счетчика, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом второго блока коммутации, а вторым входом — с выходом второго дополнительного счетчика, вход которого через первый декадный делитель частоты связан с выходом первого дополнительного элемента «И» .и входом третьего дополнительного .счетчика, подключенного выходом к первым входам второго и третьего до.волнительных блоков сравнения кодов. Второй вход второго дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с входом обнуления третьего до полпительного счетчика и входом четвертого дополнительного счетчика, подключен к выходу регистра и первому входу четвертого дополнительного блока сравнения кодов, а второй вход третьего дополнительного олока сравнения, кодов, соединенного выходо м с третьим входом второго блока коммутации, через последовательно соединенные пятый дополнительный счетчик и второй дека IHbIH делитель частоты — к выходу второго дополнительного элемента

«И» и входу шестого дополнительноro счетчика, выходом соединенного с вторым входом четвертого дополнительно, о блока сравнения кодов, выход которого, подключен к входу обнуления шестого дополнительного счетичка и входу седьмого дополпительнэ"o счетчика.

Выходы первого, четверто.-о и седьмого дополнительных счетчиков соединены с выходом устройства, а вход регистра подключен к входу делителя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема аналого-,цифрового делительного устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы, 5

I5

3О

GO

65 поясняющие осуществление тсрмэкомпснсации в устройстве.

Аналого. цифровое делительное устройство (см. фиг. 1) содержит переключатель 1, первый вход- контакт 2 переключателя, клемму

3 для .подключения источника опорного напряжения (постоянного тока положительной полярности), второй, вход-контакт 4 переключателя, вход 5 делимого, компаратор б, инвертор 7, третий вход-контакт 8 переключателя, подвижный контакт 9 (управляющий вход) переключателя, интегратор 10, ограиичитель 11 напряжения, .:<лемму 12 для подключения источника напряжения смещения (постоянного тока отрицательной полярности), нуль-орган 18, первый 14 и второй 15 блоки коммутации, основной 10-.H÷å"êèé э Iемент «И» 16, первый 17 и второй 18 дополнительные логические элементы «И», ге: ератор

19 опорной частоты, основные счетчик 20 и бло к 21 сравнения кодов, регистр 22, клеммы

23 для параллельно.-о ввода цифрового кэда делителя, первые дсгдолнительные счетчик 24 и блок 25 сравнения кодов, второй дополнительный счетчик 26, первый декадный делитель 27 частоты, трегий дополнительный счетчик 28, второй 29 .и третий 80 дополнительные блоки сравнения кодов, четвертые дополнительные счетчик 81 и блок 82 сравнения кодов, пятый дополнительный счетчик 88,,второй декадный делитель 84 частоты, шестой 35 и седьмой 86 дополнительные счетчик11, б|ок

37 цифровой индикации, клеммы 88 для вывода цифровых кодов результата (частиого), клемму 89 для вывода сигнала «Конец цикла» решения, клемму 40 для ввода импульса

«Пуск» и:кногку 41 «Сброс».

Конта кт 2 переключателя 1 соеди: еп с клеммой 3 для подключения источника о.-|орного напряжения, а контакт 4 — с входом 5 делимого, с первым входом компаратора 6 и с входом инвертора 7, выход которого связан с третьим входом (контактом) 8 переключателя 1. Подвижный контакт (управляющий вход) 9 переключателя 1 подключен к входу интегратора 10. Выход интегратора 10 одновременно связан с вторым входом компаратора 6,и с ограничителем 11 напряжения, состоящего пз полупровод-tèêoâoro диода и клеммы 12 для подключения источшгка напряжения смещения (постоянноro тока отрицательной полярности), а также входом нульоргана 18. Выход нуль-органа подключен первым входам блоков 14 и 15 .коммутации. а выход компаратора 6 — к втэрсму входу блока 14, выход которого связан с подвижным контактом 9 переключателя 1. Первый выход блока 15 соединен с первым входом основного логического элемента «И» 16, а второй и третий выходы — с первыми входами дополнительных логических элементов «И» 17 и 18. Вторые входы логических элементов

«И» 16, 17 и 18 подключены к выходу генератора 19 опорной частоты, выход -,.=.!овного логического элемента «И» 16 — к входу ос533943

После включения источников питания и однократного нажатия на к .1опку «Сброс» схгма устройства приходит в исходное состояние, при кэтэрсм подвижный контакт 9 переключателя 1 находится в соприкосновении с контактом 2 и опорное напряжение + U,„ подается на вход .интегратора 10. На выходе интегратора с помощью ограничителя 11 напряжения поддерживается уровень отрицательного напряжения — U,, Данное напряжение действует на вход компаратора б и на вход нуль-органа 18, на выходах которых поддерживаются нулевые уровни напряжения.

Цикл деления начинается после прихода

65 нового счетчика 20, а выход этого счетчика — к первому входу основного блока 21 сравнения кодов, соединенного :вторым входом с выходом регистра 22, к .входу которого доключены клеммы 28 для параллельного ввода цифрового кода делителя. Выход основного блока 21 сравнения кодов соединен с входом дополнительного счетчика 24 и выходом обнуления основного счетчика 20, выход которого подключен к первому входу дополнительного блока 25 сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом блока 15 .коммутации, а вторым входом — с выходом дополнительного счетчика 26. Вход счетчика

26 через декадный делитель 27 частоты свя- 15 зан с выходом дополнительного логического элемента «И» 17 и входом дополнительного счетчика 28, а выход счетчика 28 — с первыми входами дополнительных блоков 29 и 80 сравнения кодов. 20

Второй вход дополнительного блока 29 срав|нения кодов, соединенного выходом с входом обнуления дополнительного счетчика

28 и входом дополнительного счетчика 81, подключен к выходу регистра 22 и первому 25 входу дополнительного блока 82 срав,ения кодов, а второй вход дополнительного блока

80 сравнения кодов, соединенного зыходом с третьим входом блока,15 коммутации, через по "лгдовательно соединенные дополнитель- 30 ный счетчик 88 и декадный делитель 84 частоты — к выходу дополнительного логического элемента «И» 18 и входу дополнительного счетчика 85. Выход счетчика 85 связан с .вторым вхэдом блока 82 сравнения кодов, З5 выход которого подключен к .входу обнуления счетчика 85 и входу счетчика 86, а выходы счетчиков 24, 81 и 86 — с блоком 87 цифровой индикации и клеммами 38 для вывода цифровых .кодов результатов (частных). Вы- 40 ход блока 80 сравнения кодов подсоединен к клемме 89 для вывода сигнала «Конец цикла» решения. Клемма 40 ввода импульса

«Пуск» подсоединена к третьему входу блока

14 коммутации и к шинам обнуления счетчи- 45 ков 20, 24, 26, 28, 81, 83, 85, 86, а кнопка 41 подключена к входам блоков 14 и 15 коммутации.

Аналого-цифровое делительное устройство работа т =.7едующим образом. 50 через клемму 40 .импульса «Пуск» под действием которого счетчики сбрасываются в нулевое состояние, а блок 14 коммутации переключает подвижный контакт 9 с контакта 2 на контакт 4, в результате ч" ãî на вход интегратора 10 с входа э zc:1»iIOBO TIOCTy7iaeT аналоговый сигнал дглимэго отрицательной полярности — U, На выходе интегратора напряжение начинасT увсличизаться. В момент пгргсгчения нулевой ос» интегрирующим напряж.нигм на выходе нуль-органа 18 образуiTcH импульс, который B03+BIIOTвуpT на Входы блоков 14 и 15. На выходе блока 14 под дгйстзигм данного пмпуль а сиг:1а7 че образуется, à на первом выходе блока 15 появляется сигнал, который воздействует на первый зхэд элемента «П» 16 и отпирает его.

С выхода генератор а 19 ollopaoII частоты черезз элгме IT «И» 16 и вход «Счет» в счетчик

20 проходят импульсы. После очередного сравнения записанного числа в счетчике 20 с ц1.:фровым кодом, записанным в регистре 22, на выходе блока 21 сравнения кодов образх Ioт-я импучъсы, котэрыo с Одной стороны подаются на шину обнуления счетчика 20 и сбрасывают ггэ, а с другой стороны — на счгтный вход счетчика 24, где они накаплиBaloTся.

Напряж нпг положите.1ьной полярности на выходе интегратора 10 7;ITIOIII;o нарастает дэ уровня напряжг11ия отрицательной полярl70CTH CIIT;13.13 3071131010 — U lioTopblll CpaBнивастся на входе компаратора 6 с напряже игм с выхода интсгратора 10. В момент разенства — U, = + U,, (i) на выходе ком.13ратора 6 образуется импульс, который подастся на вход блока 14 кэмт,тации, На выходе его вырабатывается сигнал, B03дг1 ;стВ) 10щ1lй на подзиж:.1ый 1 онтакт 9 пергк Ilo 13тгля 1, который переключается с второго входа (4) Ila Tpaòaé вход (8). С зыхода инзгртора 7 напряжение делимого положит льзой полярности +U, подастся на вход и:lTc: ратэра 10. В результате напразлснис процесса интегрирования мг:1яется на противополэжIIOe.

В момент пересечения зыходным напряжснигм интегратора 10:1улгзой оси на выходе нуль-органа 18 снова появляется импульс, который, воздействуя на вход блока 14 коммуT31lHII, пгзpI<7Io 1apT подвижный 1 .энта кт 9 переключателя 1 с третьего входа (8) на первый (2), а воздействуя на вход блока 15 коммутации, запирает элемент «И» 16. На втором выходе блэка 15 появляется сигнал, который отпирает элемент «И» 17, и импуль ы

" выхода г-нератора 19 опорной частоты начинают поступать 13 счетные входы дскадно"0 делителя 27 частоты и счетчика 28. Частота импульсов, деленная,на десять, с выхода .делителя 27 подается по счетному входу в счетчик 26, выходной код которого в блоке 25 сравнивается с кодом, записанным в счетчике

20, являющимся первым остатком деления.

533943

= КР „ и,.

50

Аналого-цифровое делительное устройство выполняет операцию деления аналогового сигнала Ь,. на цифровой код Г, согласно выражению:

U,. где W,.= — — циф;олой код, пропзрцпо:М нальный аналоговому сигналу делимого U,,-; коэффициент пропорцио Iaльности.

Таким образом, устройство проводит преобразование аналогового сигнала, делимого — Г„в сдределепное количество импульсов

W,, котс >ые последовательно задисываются в счетчик 20 и с помощью сравнения в блоке

21 с цифровым кодом делителя Р „делятся на лего. Част :oo от деления накапливается в счетчике 24,; в конце первого этапа деления в счетчике 20 может записаться первый Остаток от деления.

Для дальнейшего ведения процесса деления неооходимо первый остаток увеличить в десять раз и снова разделить на W! ðàññìîòрепным способом. Для этого в ко.ще первого этапа зап..:>ается элемент «И» 16 и отпирается элемент «И» 17 и с помощью декадного делителя 27 частоты и счетчика 26 отсчитывается количество импульсов, равное первому остатку, увеличенному в десять раз. Это количе тво импульсов слова делится íà W„c помощью счетчика 28 блока 29 сравнения «одов, а импу !,: ы десятой части частного У,- накапливаются В счетчикc 81.

В колцe ."в.торого этапа деления на выходе блок", 26 ср","ç.íåíèÿ кодов образуется импульс, который воздействует на второй вход блока 16 коммутации, в результате чего запирается элемент «И» 17 и отпирается элемент

«И» 18. В счетчике 28 в конце второго этапа процесса деления записывается второй остаток деления.

Сотая часть частного от деления W", формируется аналогичным образом на основе использования декадного делителя 34 частоты, счетчика 88, блока 80 сравнения кодов, счетчика 86 и блока 82 сравнения кодов. Результаты деленич второго остатка ла цифровой когд делителя записываются в счетчппе 36.

После отсчета количества импульсов, равного второму остатку, увеличенному в десять раз, í"-, выходе блока .30 сравнения кодов образует я импульс «Конец цикла» решения, который, воздействуя на третий вход олока

15 коммутации, приводит его в исходное состоя". !e, при этом прекращается подача импульсов с генератора опорной частоты в счетчики.

Результат деления записан в счетчиках 24, 31, 86, в счетчике 24 — целая часть частного, 5

iA

9о

25 зо

40 в счетчике 31 — десятая часть частного, а в счсгчике 36 — сотая часть частного.

Погрешность деления в основном обуславливается аналоговой частью устройства. Как известно, к колебангпо температуры окружающей среды íà„áî.ë "å чувствителен интегратор 1D, от изменения параметров которого существенно меняются результаты преобразования анапе "ового ."èã Iëла делимого — U,. в цифрозои J

Прп Ia>!e;!OII!I» температуры окружающей с роды на входе интегратора 10 появляется дополнительный ток положительной илп отрицательной 41олярлости («сдви-. >нуля» инте: рирующего усилителя), который либо складывается, лиоо вычитается из тока преобразуемо. о аналогового =пгнала делимого. В рсзуль. тате:получаем погрешность в инте"p>!poaa!IIIII и„ следовательно, в преобразовании аналогового сппнала делимого в цифровой код.

Термокомпенсация à!!à!oãoçoé части устройства осуществляется следующим образом.

Рассмотрим пдеальнь;й случай, когда отсутствует входное дополнительное напряжение ЛУ., сдвп-.а нуля интегратора 10. На !ервой и второй диаграммах фиг. 2, а изображены графики папря>кения аналогового сигнала делимого на входе — U, и выходе —,U,. Пнвертора 7.

На третьей диаграмме фиг. 2, а показана кривая изм- íoíè>I напряжения на выходе инте"pBTopB 10. Пусть — U. = coIIs!, тогда па выходе интегратора напряжение начинает линейно нарастать и в момент време!n 1 пересечения нулевой Оси па выходе пуль-"..", ãàíà

1 > появл я т и !:. 1п льс. под дсйст ни". .1 кОтОрого через блок 16 коммутации элем.нт «И»

16 отпирается и начинается цикл преобоазования аналогового сигнала в цифровой код.

В момент Ig раз".пства напря>кения положитель!Iой поляр. .ости !à в.-.Iõîäå и. Tåãðатоpà с напряжением делимого отрицательной полярности — U,. изменяется направление интегрирования на противоположное. При обратном пересечении выходным напряжением интегратора нулевой оси (момент времени f ) на выходе нуль-органа 13 слова появляется импульс, под действием которого прекращается подача импульсов в счетчик 20, I! цикл преобразования аналогового сигнала дел>."мого в цифровой код закан.-ивается (c». четвертую диаграмму на фиг. 2, а).

Рассмотрим реальный случай, когда при измене 1ии тс ппературы окружающей среды на входе интегратора появилось дополнительное напряжение сдвига нуля положительной полярности +АУ,. Данное напряжение на входе интегратора вычитается из отрицательIIo!.o напря>Iкения сигнала делимого с напряжением интегратора IIa входе компаратора 6 при прямом ходе процесса интегриро533943

1п вания сдвигается на некоторый интервал времени Atq — — t . — tz (см. третью временную диаграмму на фиг. 2, б), а при обратном ходе— на ту же величину At>, но в обратном направлении. Это объясняется тем, что при прямом ходе на входе интегратора действовало результирующее напряжение — U, = — U, +АУ,. а на обратном ходе напряжение

-{- U,= У„-{-ЛУ,.

Таким образом, если в идеальном случае от момента /, до момента t2 и от момента t2 до момента t, (см. четвертую диаграмму на фиг. 2, а) в счетчик 20 поступают равные количества импульсов:

N = N + N" = 8+8=16, xi, л„ x„ то,в реальном случае от момента времени . 4 до момента времени t2 имеем одиннадцать импульсов, а от момента 1 до момента 1,— пять импульсов (см. четвертую диаграмму на фиг. 2, б)

N = V + N" = 11+5=16. х„ х„ Хр

Однако в обоих случаях получаем равное количество импульсов преобразования аналогового сигнал а делимого — У„в цифровой 30 код К„(см. четвертые временные диаграммы на фиг. 2, а, б) независимо от наличия или отсутствия напряжения смещения нуля интегратора !О.

Формула изобретения

Аналого-цифровое делительное устройство, содержащее переключатель, первый вход которого соединен с входом делимого, второй 4о вход подключен к источнику опорного чапряжения, а выход соединен с входом интегратора, подключенного выходом к входу нульоргана, выход которого соединен с первыми входами двух блоков коммутации, выход пер- 45 вого .блока коммутации связан с управляющим входом переключателя, а первый выход второго блока коммутации соединен с первым входом логического элемента «И», подключенного вторым входом к выходу генератора опорной частоты, а выходом — к входу счетчика, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кодов, соединенного вторым входом с выходом регистра, о тл и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вычислений, в устройство дополнительно введены блоки сравнения кодов, декадные делители частоты, счетчики, логические элементы «И», компаратор, ограничитель напряжения и инвертор, выход которого соединен с третьим входом переключателя, а вход подключен к входу делимого и первому входу компаратора, соединенного вторым входом с выходом интегратора, а выходом — с вторым входом первого блока коммутации, причем выход интегратора подключен к ограничителю напряжения, а второй и третий выходы второго блока коммутации соединены с первыми входами соответственно первого и второго дополнительных элементов «И», подключенных вторыми входами к выходу генератора опорной частоты, выход основного блока сравнения кодов соединен с входом первого дополнительного счетчика и входом обнуления основного счетчп ка, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с вторым входом второго блока коммутации, а вторым входом— с выходом второго дополнительного счетчика, вход которого через первый декадный делитель частоты соединен с выходом первого дополнительного элемента «И» и входом третьего дополнительного счетчика, подключенного выходом к первым входам второго и третьего дополнительHûx блоков сравнения кодов, причем второй вход второго дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с входом обнуления третьего дополнительного счетчика и входом четвертого дополнительного счетчика, подключен к выходу регистра и первому входу .åòâåðòîãî дополнительного блока сравнен:tB кодов, а второй вход третьего дополнительного блока сравнения кодов, соединенного выходом с третьим входом второго блока коммутации, подключен через последовательно соединенные пятый дополнительный счетчик и второй декадный делитель частоты к выходу второго дополнительчо "o элемента «И» и входу шестого дополнительного счетчика, выходом соединенного с вторым входом четвертого дополнительного блока сравнения кодов, выход которого подключен к входу обнуления шестого дополнительного счетчика и входу седьмого дополнительного счетчика, причем выходы первого, четвертого и седьмого дополнительных счетчиков соединены с выходом устройства, а вход регистра подключен к входу делителя, Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе.

1. Авт. с. № 368615, кл. G 06 G 7/16, 1971.

2. Авт. с. М 435530, кл. G 06 G 7/16, 1973.

3. Авт. с. № 415679, кл. G 06 J 3/00, 1972.

533943

| -)l/» =см5 дбг 0

Lfg),() х

L д), -Б»

ЯЬ, /-)Рх --а7п-.

i xp = 1 иий

Составитель С. Казимов

Редактор И. Грузова Техред 3. Тараненко Корректор И. Симкина

Заказ 959/1465 Изд. № 1726 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. сПатент»