Функциональный преобразователь

 

Союз Советских

Социалистических республик

Q П И С А Н И Е оцьоо п

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.12.75 (21) 2199434/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 05.04.78

2 (51) М. Кл.

G 06 3 1/00

G 06 G 7/26

Гасударственный конитет

Соввтв Министров СССР по делам изооретеннй и отнрытнй (53) УДК

681.335.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Соболев и Л. Г, Свердлова

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналого-цифровой технике и может быть использовано для линейного и функционального преобразования напряжения постоянного тока в код.

Известен функциональньй преобразователь с цифровыми входом и выходом, содержащий блок квадратурных напряжений, выходы которого подключены к входам двух цифроуправляемых сопротивлений, нагруженных друг на друга, и цифровой измеритель фазового сдвига, входы которого сое- 1о динены с одним из выходов блока квадратурных напряжений и точкой соединения цифровых управляемых сопротивлений (1) .

В таком преобразователе требуется представление входной величины в виде цифрового кода и 15 невозможно оперировать с входными переменными, заданными напряжением постоянного или переменного тока, что обусловлено отсутствием точных аналого-управляемых резисторов, аналогичных цифроуправляемым резисторам. 20

Наиболее близким к изобретению техническим решением является функциональньй преобразователь (2), содержащий сумматор с масштабным резистором обратной связи, вход которого через первый масштабньй резистор соединен с выходом первого26 двухпозиционного ключа, через второй масштабный резистор — с выходом второго двухпозиционного ключа и через последовательно соединенные третий масштабный резистор и первьй цифровой управляемь и делитель напряжения — с выходом третьего двухпозиционного ключа. Входы первого и третьего двухнозиционных ключей подключены соответственно к выходам фазосдвигателя, а входы второго двухпозиционного ключа — к выходам генератора синусоидального напряжения к входу фазосдвигателя и первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. Выход указанного блока сравнения через первый формирователь соединен с первым входом триггера, установочньй вход которого подключен к выходу блока управления, выход второгсР блока сравнения — с входом второго формирователя, выход триггера — с первым входом элемента

И, второй вход которого подключен к вы оду генератора импульсов, Выход элемента И связан с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом блока управления, а выход счетчика является первым выходом преобразователя.

Указанный преобразователь, обладая универсальностью в смысле возможности воспроизведе600572 иия различных функций, оперирует с входной величиной, заданной только цифровым кодом.

Предложенный функциональный преобразователь, с целью расширения функциональных возможностей, содержит,дополнительные элементы И, реверсивный счетчик, источник опорного напряжения и управляемые ключи, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления. Выход источника опорного напряжения соединен с первым входом первого управляемого ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, выход первого управляемого ключа через второй цифровой управляемый делитель напряжения — с выходом второго управляемого ключа, входы которого соответственно подключены к первому входу третьего управляемого ключа и через четвертый масштабный резистор к входу сумматора, выходом связанного с вторым входом третьего управляемого ключа. Выходы третьего и четвертого управляемых ключей связаны 2р соответственно с входами второго блока сравнения. выходом подключенного к первым входам первого и второго дополнительных элементов И, вторые и третьи зходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дополнитель- 25 ного элемента И и выходами блока управления, Вы. ход генератора импульсов соединен с четвертыми входаьы первого и второго дополнительных элементов И, выходами подключенных к входам реверсивного счетчика, выход которого является вторым вы-ЗО ходом преобразователя и соединен с управляющими входами цифровых управляемых делителей напряжения, Выход третьего дополнительного элемента И соединен с вторым входом триггера, первый вход четвертого управляемого ключа является входом преобразователя, а его второй вход соединен с шиной нулевого потенциала.

Такое выполнение преобразователя позволяет устранить необходимость применения дополнительного аналого-цифрового перобразователя для линей- 4О ного кодирования напряжения постоянного тока при использовании указанного функционального преобразователя и дает значительную экономию оборудования.

Схема функционального преобразователя приведена на чертеже.

Преобразователь содержит сумматор 1 с масштабным резистором 2 обратной связи, масшибные резисторы 3 — 6, двухпоэиционные ключи 7 — 9, цифровые управляемые делители 10 и 11 напряжения, фазосдвигатель 12, генератор 13 синусоидального напряжения, блоки 14 и 15 сравнения, формирователи 16 и 17, блок 18 управления, триггер 19, элемент И 20, генератор 21 импульсов, счетчик 22, дополичтельные элементы И 23 — 25, реверсивный счетчик 26, источник 27 опорного напряжения управляемые ключи 28 — 31.

Работает преобразователь в двух режимах: в режиме линейного аналого-цифрового преобразования входного напряжения гостоянного тока и в

4 режиме функционального преобразования цифрового эквивалента входного напряжения.

При работе преобразователя в режиме линейного преобразования входного напряжения в код блок 18 управления вырабатывает на выходе управления режимами сигнал управления кшочами 28 — 31, обеспечивая следующую коммутацию узлов преобразователя: выход источника 27 опорного налряжения через ключ 28 соединен с входом цифрового управляемого делителя 11 напряжения, выход этого делителя через ключи 29 и 30 — с одним входом блока 15 сравнения, на другой вход этого блока через ключ 31 поступает входное напряжение постоянного тока.

Линейное преобразование входного напряжения в код в предлагаемом преобразователе осуществляется на основе следующего метода.

Входное напряжение постоянного тока 0вх, поступившее на вхор преобразователя, сравнивается в блоке 15 с выходным напряжением 04-цифрового управляемого делителя 11 напряжения.

Это напряжение прямо пропорционально значению кода в реверсивном счетчике 26. Если разность (Uäx=U4} положительна, то напряжение на выходе блока 15 сравнения имеет уровень, разрешающий прохождение очередного импульса генератора 21 через элемент И 23 на вход прямого счета реверсивного счетчика 26. Если разность (0вх — 04) отрицательна, то импульс генератора 21 проходит через элемент И 24 на вход инверсного счета счетчика 26. Изменение кода в счетчике 26 происходит таким образом, что разность (0вх 04) сводится к кулю, и код в счетчике 26 соответствует величине входного напряжения 0вх.

В режим функционального преобразования цифрового эквивалента входного напряжения преобразователь переводится при изменении сигнала на выходе блока 18 управления, обеспечивающего следующую коммутацию узлов преобразователя . управляемыми ключами 28 — 31: через ключ 28 вход цифрового управляемого делителя 11 напряжения соединяется с одним из выходов генератора 13 синусоидального напряжения, выход цифрового управляемого делителя 11 напряжения через ключи 29 и 30 подключается к одному из входов блока 15 сравнения, а другой вход этого блока соединяется через управляемый ключ 31 с общей точкой.

Функциональное преобразование основано на реализации функции д,+(3gX

<р(а,а, аэ, а4, х) = arctg аз+ с 4 х причем коэффициенты а,, а, аэ, а4 определяются при решении задачи аппроксимации воспроизводимои преобразователем функции функциеи р (a> а аз, а4, х) и выполняется следующим образом.

Генератор 13 синусоидального напряжения непрерывно вырабатывает парафазные синусоидальные напряжения постоянной амплитуды 0макс и частоты w: t 0макс sin ы

600572

Фазосдвигатель 12 с парафазными выходами предназначен для сдвига выходного напряжения генератора 13 на утоп Я/2, и его выходные напряжения имеют ту же амплитуду Омакс и частоту

w: + О> 4акс Sin (wt + Й/2) . ДвУхпозиЦионные ключи 7 — 9 обеспечивают использование выходных напряжений генератора 13 и фаэосдвигателя 12 определен- ных знаков в зависимости от знаков коэффициентов а,, а, а> соответственно.

Цифровые управляемые делители 10 и 11 на- 1О пряжения осуществляют амплитудную модуляцию подключаемых к ним синусоидальных напряжений цифровым кодом 1чх счетчика 26. Выходные напряжения цифровых управляемых делителей 11 и 10 соответственно равны: 15

О4 = К 1х Омакс Sin сЛ

Us = К Nx Омакс Cos сЛ где Nx — цифровой код в счетчике 26, соответствующий значению напряжения Овх преобразо- 20 вате ля;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Сумматор 1 выполняет суммирование напряжений Омакс Соз < туК Nõ Омакс Соз >,Омакс

° Ви оМ, Кйх Омакс S»wt с соответствующими мас- 25 штабными коэффициентами, Выходное напряжение сумматора 1 сдвинуто относительно выходного напряжения генератора 13 + Омакс Sin <,>т на утол ч>, равный аа1 х

g =а "Ckg „+,„1 1 где

4 х

"о 0 " о

1а,1 — т1а,)=K 1а = 1а4 =К > > зэ

Rc R1 R ° Rç m R4 сопротввлетвя coorser ственно масштабных резисторов 2, 6, 5, 4, 3.

При решении задачи аппроксимации воспроиз40 водимой функции арктангенсной зависимостью величина и знак одного из коэффициентов а,, а, аэ, а4 выбираются произвольно. Подача на вход цифрового управляемого делителя 11 выходного напряжения генератора 13, равного + Омакс Sinwt, обес45 печивает положительное значение коэффициента а4.

Для получения кодового эквивалента N фазовый сдвиг р между выходным напряжением сумматора 1 и напряжением генератора 13 Омакс

Sinwt измеряется цифровым измерителем фазового сдвига. С этой целью блоки 15 и 14 сравнения фиксируют моменты переходов указанных напряжений через нулевой уровень, вырабатьвая в эти моменты перепады напряжений, из которых формирователи 16 и 17 формируют импульсы, запускающие триггер 19 по раздельным входам. В течение интервала времени между одноименными переходами указанных напряжений через нуль выходное напряжение триггера 19 имеет уровень, открывающий элемент И 20, и на вход счетчика 22 иосзуиают им- ., о пульсы с генератора 21. Число импульсов. иостути>вших на вход счетчика 22, и код Мч> пропорциональны величине у. Время, необходимое для функционального преобразования, не превышает длительности периода выходного напряжения генератора 13, Изменение режимов работы преобразователя путем коммутации его узлов осуществляет блок

18 управления. Основные его функции состоят в следуннце м.

В режиме линейного аналого-цифрового преобразования сигнал на выходе управления режимами блока 18 имеет уровень, открывающий по соответствующим входам элементы И 23, 24 и закрывающий элемент И 25. Кроме этого сигнал обеспечивает коммутацию узлов преобразования, необходимую для выполнения линейного кодирования входного напряжения. При этом код й„на выходе счетчика 26 постоянно соответствует величине входного напряжения Овх, если скорость изменения входного сигнала не превышает допустимой.. По сигналу "Запуск" блок 18 управления формирует сигнал с уровнем, запрещающим прохождение импульсов генератора 21 через элементы И 23, 24 и разрешающим прохождение сигналов формирователя 17 через элемент И 25. При этом ключи 28 — 31 изменяют коммутацию узлов преобразователя, переводя

его в режим функционального преобразования цифрового эквивалента входного напряжения.

Одновременно устанавливаются в исходные состояния триггер 19 и счетчик 22 сигналом с выхода установки исходного состояния блока 18 управ ленни. Деятельность этого сигнала, обеспечивающего режим функционального преобразования,определяется временем, необходимым для функционального преобразования кодового эквивалента входного напряжения. После окончания функционального преобразования цифровое значение воспроизв одиьюй функции, зафиксированное в счетчике 22, соответствует величине входного напряжения в момент поступления импульса на вход "Запуск" и преобразователь переводится в режим линейного кодирования напряжения. Для предок ращения сбоев в работе преобразователя, вызьваемых коммутацией его узлов при изменении режимов, блок 18 вырабатьвает сигнал на выходе управления переходными процессами при переходе преобразователя иэ одного режима работы в другой.

Описанньй преобразователь совмещает линейное преобразование напряжения постоянного тока в цифровой код и функциональное преобразование цифрового кода в код, что позволяет применять его и для функционального, и для линейного кодирования напряжения постоянного тока ири значитель. ной экономии ооорудования.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий сумматор масштабным резистором обратной связи, вход которого через перв*й масштабный рези600572 стор соединен с выходом первого ввухпозиционного ключа, через второй масштабный резистор — с выходом второго двухпозиционного ключа и через последовательно соединенные третий масштабный резистор и первый цифровой управляемый делитель напряжения — с выходом третьего двухпозиционного ключа, входы первого и третьего двухпо зиционных ключей соединены соответственно с выходами фазосдвигателя, а входы второго двухпозиционного ключа подключены к выходам генерато- Ito ра синусоидального напряжения, к входу фазосдвигателя и первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход указанного блока сравнения через первый формирователь соединен с первым вхо- 15 дом триггера, установочный вход которого подключен к выходу блока управления, выход второго блока сравнения соединен с входом второго формирователя, выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен to к выходу генератора импульсов, выход элемента

И соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом блока управления, а выход счетчика является первым выходом преобразователя, о тли ча юшийся тем,что, с 25 целью расширения функциональных возможностей, он содержит дополнительные элементы И, реверсивный счетчик, источник опорного напряжения и управляемые ключи, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления, выход источ- Зо ника опорного напряжения соединен с первым входом первого управляемого ключа, второй входкоторого подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, выход первого управляемого ключа через второй цифровой управляемый делитель напряжения соединен с выходом второго управляемого ключа, входы которого соответственно подключены к первому входу третьего управляемого ключа и через четвертый масштабный резистор к входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего управляемого ключа, а выходы третьего и четвертого управляемых ключей соединены соответственно с входами второго блока сравнения, выход которого подключен к первым входам первого и второго дополнительных элементов И, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дополнительного элемента И и выходами бло. ка управления, выход генератора импульсов соединен с четвертыми входами первого и второго дополнительных элементов И, выходы которых подключены к входам реверсивного счетчика, выход которого является вторым выходом преобразователя и соединен с управляющими входами цифровых управляемых делителей напряжения, выход третьего дополнительного элемента И соединен с вторым входом триггера, первый вход четвертого управляемого ключа является входом преобразователя, а его второй вход соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР No 193155, кл. G 06 F 15/20, 1967.

2. Соболев В. И. Фазовые цифроаналоговые функциональные преобразователи приближенного действия. В сб. "Математические машины и программированное обучение. Изд. БГУ им. В. И. Ленина, Минск, 1969, с. 107-115.

600572

2У

Вход

22

Зал ск

ЦНИИПИ Заказ 1898/60 Тираж 826 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4