Устройство для функционального преобразования

 

yR итно .". H лилие! оиа "i:

Союз Соеетскмк

Соцмалмстмчесимх

Республик и и:, и)е изоъяттен ия 734712

Н АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 10.01.78 (21) 2570146/18-24 с присоелииеиием заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано15.05.80. Бюллетень №18 (51)М. Кл.

С 06 Р 15/34

3Ъеудврстееиимй комитет

СССР ив делам иэобретеиий и открытий

{ 53) УД К 681.14 (088.8) Дата опубликования описания 18.05.80

В. М. Калатинец, А. В. Кобылинский, Л. Б. Лашун, А, Г. Олейников, Л. П. Пасеков, Н. Г. Сабадаш и Л. А. Шевченко (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в устройствах сопряжения ЦВМ с реальными объектами управления, а также в различных устройствах информационно-измерительной техники.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий решаюшее устройство, построенное по методу цифра за цифрой", два множительных цифроаналоговь х

10 преобразователя и интегрирующее устройтво 11 .

Недостатками такого преобразователя являются малые функциональные возможности (преобразуются только синус15 косинусные входи ые сигналы), недостаточная точность и быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь, содержа- ший решающее устройство типа Cor cilia, обеспечиваюшее выдвчу сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла, два множительных цифроаналоговых пре.

2 образователя и схему сравнения напряжений одного знака 21

Недостаток преобразователя - преобразование только входных аналоговых сигналов, пропорциональных синусу и косинусу преобразуемого угла, из-за чего функциональные возможности такого преобразователя небольшие. В случае преобразования напряжений с сельсиндатчиков, широко; применяемых промышленности, необходима дополнительная трансформаторная схема Скотта, преобразующая сельсинные сигналы в синусный. и косинусный вид. Трансформаторная схема Скотта не поддается микроминиатюризации, кроме того, такое предварительное аналого-цифровое преобразование сигналов приводит к потере точности.

В этом аналого-цифровом преобразователе используются четырехквадрантные цифроаналоговые преобразователи (вход» ные напряжения подаются через инверторы, используется только одна схема сравнения напряжений), что усложняет схему преоб7347

3 разователя, приводит к уменьшению быстродействия, так как для определения двух старших разрядов кода преобразуемого угла (номера квадранта, в котором находится преобразуемый угол) необходимы две дополнительные итерации, и потере точности, так как четырехквадрантный цифроаналоговый преобразователь при работе в пределах двух квадрантов обеспечивает разрядность на единицу больше, 0 чем при работе в четырехквадрантном режиме (один разряд используется в качестве знакового}.

Применение в схеме преобразователя только одной схемы сравнения напряжений приводит к дополнительным аппаратным затратам — появлению двух инверторов. Это приводит к потере точности и быстродействия, Цель изобретения — повышение точнос- 2о ти и быстродействия аналого-цифрового преобразователя.

Цель достигается тем,. что в устройство для функционального преобразования, 25 содержащее решающий блок, первый и s oрой входы которого подключены ко входам устройства, два цифроаналоговых преобразователя, первые входы которых соединен. с информационными входами устройства, группа выходов решающего блока подключена к информационному выходу устройства и ко вторым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соедине35 ны соответственно с первым и вторь.м входами первой схемы сравнения, введ ны узел определения знака шага и вторая схема сравнения, причем первый и второй входы второй схем ° сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых прс образователей, выходы схем сравнения подключены соответственно к первому Ei . второму входам узла определения::нака, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьим входам первого и второго цифроаналогов х. .-.реобразователей, группа выходов решающего блока соединена с третьим входом узла определения знака, четвертый и пятый выходы которого подключены ко входам устройства, узел определения знака соединен двухсторонними связями c решаюшим блоком, а также тем, что решающий .блок содержит регистр результата, выход которого соединен с первыми входами регистров группы и подключен

:к группе выходов блока, первый, второй, 1 2 4 третий и четвертый выходы узла управления подключены соответственно с первььми входами регистра результата, сумматора, регистра сдвига и узла памяти, выход которого соединен со вторыми входами регистра сдвига и регистров группы, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы узла управления соединены соответственно со входом счетчика, с первым входом регистра числа, с третьими входами регистров группы и с первым входом

-регистра слова, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выходы регистров группы соединены со вторыми . ходами регистра слова и регистра чисга, выход которого соединен с первым входол: узла сдвига, выход которого подключен к третьему входу регистра сдвига и к третьему входу регистра слова, выход регистра сдвига соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен к.второму входу регистра результата, выход счетчика соединен со вторым входом узла сдвига, первый, второй и третий входы узла управления соединены с первым входом блока, четвертые входы регистров группь подключены ко второму входу блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема решающего блока. Устройство содержит два множительных цифроаналоговых преобразователя (ЦАГ!)

1, 2, схемы 3, 4 сравнения, узел 5 определения знака шага и реЕЕ ающий блок 6, содержащий регистр результата 7, сумматор 8, регистры слова 9, сдвига 10 и числа 11, узел 12 сдвига, группа регистров 13, узел 14 памяти, счетчик

15 и блок 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу на примере преобразования сигналов с синус-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) в код угла, код синуса и косинуса этого угла. При этом на аналоговый вход ЦАП

1 поступает сигнал U с косинуснои

4 обмотки СКИТ, а на аналоговый анод

ЦАП 2 — сигнал 02 с синусной обмотки

СКВТ. Начало отсчета времени (начало преобразования ) определяется после перехода полуволны опорного напряжения через нуль по сигналу 7 информации о полуволне опорного напряжения как момент перехода через нуль напряжений

Ug EVICT, например,по изменению состояний выходных сигналов схем сравнения

=!!г! %. = !г 9 . +,. 2. соь !4> . 1+ 4 I I

СО5% =сОБЧ! — 1 Q 5>r! Y ;,„=Х 4., аге дг, 40 где r! - число итераций; ч!; — цифровой код преобразуемого угла на -ой итерации, — or.åðàòîð, принимающий значения + 1 (знак шага итерации), причем (. = s !дг! (U„sл Ф; — 0 icos%- j в первом и третьем квадрантах; = !дп О„сом ;+ и жЧ Д во втором и в четвертом квадрантах, а

М = < 1гс+ß вЂ” а

О

Ол где !.l! — прсобразуемый угол.

5 7347 3 ипи 4, который и будет началом отсчетаа вре м е ни.

Преобразование ведется в два этапа: сначала определяется квадрант, в котором находится преобразуемый угол, т.е. логически определяются два старших разряда кода угла и дальнейшее преобразование идет в пределах одного квадранта.

Для определения кода квадранта по входному управляюшему сигналу на цифровой вход ЦЛП 1 поступает код услов-. ной единицы (11 ... 10), а на цифровой вход ЦЛП 2 — код нуля и с помошью схемы сравнения напряжений разного знака определяется полярность первого сигнала, а затем, меняя кодь!, — полярность второго сигнала. Узел 5 огределения знака шага корректирует (инвертирует на отрицательной nonувопне) соответствуюшие подаваемь.м парам кодов выходные значения схемы сравнения напряжений в зависимости от входного сигнала полярности (полуволнь!) опорного напряжения и выдает откорректированные значения на вход блоков 6, где по управпяюшему сигналу происходит определение кода квадранта (двух старших разрядов кода преобразуемого угла).

Определение кодов синуса, косинуса и последуюших разрядов кода преобразуемозс го угла производится в блоках 6 итерационн ым с пособом цифра за цифрой, где необходимое количество разрядов кодов определяет число итераций, например, в соответствии с формулами

12 6

Процесс определения кода преобразуемого угла, кодов синуса и косинуса этого угла сводится к решению итерационньм путем уравнения

С!зв Ч Sin 4!;- Йп%со ч!;=0 ь!г!(ч!;-я1 =О ь его решением будет Ч =%.

Необходимые значения оператора ; поступают на блок 6 с выхода узла 5 и определяются на основе анализа сигналов схем 3 и 4 сравнения, сигнала полярности (попувопны) опорного напряжения, сигнала переполнения с выходных шин.данных блоков и кода квадранта с выхода блока 6. Для формйрования выражений ; необходимо на соответствующие цифровые входы ЦЛП 1 и ЦЛП 2 подавать с вьгхода блока 6 коды . !г! Y и соэч в 1-ом и !11-ем квдрантах и коды со =Ч и ЫМ, в 1-ом и 1У-ом квадрантах.

Управление приемом кодов sir!3 и соьЯ; подаваем !х на ЦЛП l и ЦЛП 2, осушествляет в зависимости от кода квадранта узел 5 определения знака шага на основа нии сигналов с выхода блока 6 о готовности этих кодов. Кроме того, так как в 1-ом и ill--ем квадрантах преобразуемые напряжения синфазны, а во П-см и в 1У-ом квадрантах противофазны, ro npu определении значений оператора „в узле 5 определения знака шага предусмотрено переключение рабочих схем сравнения напряжен и й.

Возникают случаи, когда на -ом шаге цифровой код угла !г „< О для

О 1% 23 56" и Ф,) 90 для

85 36 4" < Ч> < 90, При этом коды St@ f; для первого случая и cow 1, дпя второго случая принимают значения меньше нуля. Так как используются двухквадратные ЦЛП, то выходной сигнал схемы сравнения напряжений, опредепяюший оператор g в этот момент может бblth !

1 ложным. Во избежание этого предусмотрена принудительная установка необходимого значения оператора F„. в зависимости от двух раз-! рядов кода: знакового и переполнения, посту паюших с выходных шин данных блока 6 и сопровождаюшего их сигнала готовности кода угла с выхода блока 6.

Формирование кода преобразуемого угла с учетом двух старших разрядов, полученных на первом этапе преобразования, осушествляет блок 6 по входному управляюцгему сигналу.

В другом варианге работы,ЦЛП прн преобразовании сигналов с сепьсина на (- Майл- — cosV }s

- sin< (— и III; s — саб% }

VY — (cD5Qs

Л

— sin(O; — 4 } =0

1и его решением будет

Однако в 1-ом и lll-ем квадранте в интервале 60 < М 4 90 код 1/2ыг V;+

Я

+ < cos л, q поступающий на цифровой вход ЦАП 2, отрипателен и так как используются двухквадрантные ЦАП, работающие только с положительными ксдаьги, то необходимо переключать рабоч;.= пуль- „ органы при определении значения оператора 6 Эта функция возложена на узел

7!

5 ойределения знака шага, па ьход которой с выходных шин данных РУ6 пост упают два разряда кода - sin 1 -- cos 9,, а один из которыХ соответствует знаковому разряду, с сопровождающим их сиг налом готовности этого кода с выхода блока 6.

Предлагаемый ЦАП позволяет производить линейное преобразование постоянного или переменного напряжения в про порциональный ему код. Прп этом на аналоговые входы ЦАП 1 и ЦАП 2 подают7 7347 аналоговый вход ЦАП 1 подается сель- синный сигнал, пропорпиональный

9ю(Ц+42О ) — sin Qk > coQg л . vY а на аналоговый вход ЕРП 2 — сигнал, пропорциональный ою 4 . Для определения кода квадранта с РУ6 на цифровые входы

1ИЛ 1 и UAII 2 соответственно подаются пары кодов: сначала код условной единицы (11 ... 10) и 1/2 (01 ... 11), а затем код нуля и код условной единиПы. 10

Определение кода квадранта произв<>дится аналогично преобразованию сигналов с СКИТ. Для определения последуюших разрядов кода преобразуемого угла по командам с узла определения знака 15 шага 5 на входы UAIT 1 и UAH 2 подаются соответственно парь кодов:

51Пф — — giд Ц + — СО5Ч

2 в первом и третьем квадрантах сои%. — со % + — ып Ф. ,л Гз 20 iZ 2. во втором и четвертом квадрантах.

При этом преобразование сигналов с сельсина сводится к преобразованию сит налов вида CKBT. Например, для 1-го квадранта преобразование сводится к ре шению уравнения ся соответственно преобразуемое и опорное напряжения. Преобразование ведется в два этапа; сначала определяется знак преобразуемого напряжения с помощью одной из схем сравнения, например, 3, Для этого с блока 6 на пифровой вход

ЦАП 1 подается код условной единипы, например, 111 ... 10, а на цифровой вход

UAH 2 — код нуля. Узел 5 определения знака шага корректирует выходное значение схемы 3 сравнения в зависимости от сигнала полуволны опорного напряжения, поступающего нв вход устройства, и выдает его с выхода на блок 6. По управляющему входному сигналу в блоке. 6 происходит определение кода знака преобразуемого напряжения. На втором этапе по сигналу на цифровой вход UAII 2 поступает код, пропорциональный преобразуемому напряжению íà i -ой итерации с выхода блока 6. Блок 6 определяет этот код в соответствии с формулой

Х., у„ где Х, — цифровой код, соответствующий преобразуемому напряжению на -ой итерации. Определение значений оператора g производится узлом 5 определения

O знака шага, причем

41 = sign ju м-о, т-,1, где М - масштабный коэффициент.

При определении значений оператора узел 5 определения знака шага производит выбор рабочей схемы сравнр йия напряжений в зависимости от знаков опорного и преобразуемого напряжений.

Предлагаемое устройство может также работать в режиме цифроаналогового пре- . образования. Для этого предусмотрена подача кода угла с UBN на вход блока 6, где происходит вычисление значений кодов синуса и косинуса этого угла с последующим преобразованием их в аналоговую форму с помощью UAH 1 и UAII 2 и дополнительных согласующих выходных усилителей мощности с коэффициентом усиления, например, + 1, управляемым знаковым разрядом соответствующих кодовв.

Аналого-цифровой преобразователь содержит решающее устройство, построенное на основе алгоритма, приведенного выше, который сводится к элементарным сложениям и сдвигам. Операции элементарных сложений выполняются сумматором 8 параллельного действия, а элемеи« тарных сдвигов — узлом 12 сдвига, причем количество сдвигов возрастает ня один при пер ходе от итерации н к итг

7347 формула изобретения первый и вто юй входы которого подключены ко входам устройства, два цифроаналоговых преобразователя, первые входы которых соединены с информационными входами устройства, группа выходов решающего блока подключена к информационному выходу устройства и ко вторым с целью повышения точности и быстродействия, в устройство введены узел определения знака шага и вторая схема сравнения, причем первый и второй входы второй схемы сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выховенно к первому и второму входам узла определения знака, первый и второй выходы которого подключены соответственно

50 четвертый и пятый выходы которого подключены ко входам устройства, узел опними связями с решающим блоком.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а— ю ш е е с я тем, что решающий б :ок содержит регистр результата, выход коС) 12 рации *и фиксируется счетчиком 15. Ре- вого преобразователя использ„регистр 7 результата служит для выдачи шающее устройство производи:- выработку результатов вычислений на внешние вы- не только кодов синуса и косинуса, но я ходные шины данных, регистры 9, 10, и в других кодов, например, кодов-уг Л;+

11, 13 — для хранения промежуточных 5 t — соя -.; и — co5 4— - Qn ; при результатов, .узел 14 памяти служит для сельсинном преобрлзояании, позволяющих хранения начальных значений синуса и производить преобразование сигналов, косинуса угла и констант угла, необхо- представлявших собой сложные функциодимых для каждой итерации, констант нальные зависчмости, Введение допол1/2, 0 и условной единицы, необходи- 10 нительной схемы сравнения напряжений мых при определении кода квадранта. разного знака пОзволило исключить два

Блок 16 управления производит опре- входных инвертора и расширить функпиоделение кода квадранта на основании по- нальные возможности при линейном преступающих на его вход информапии о образовании, так как при этом использнаке преобразуемых напряжений и вход- 5 зуется опорное напряжение одного знака, ного управляющего сигнала, управление этой же цели служит возможность масобменом информапии на основании посту- штабирования при линейном преобразовапаюшего на его вход управляющего сиг- нии. нала и знака шага итерации, выдает сигналы готовности кодов.

Введение узла определения знака ша« га, которое позволило организовать логическое определение двух старших раэ- Устройство для функционального преобрядов кода угла (квадранта), повышает, разования, содержащее решающий блок, быстродействие преобразователя в сравнении с определением этих разрядов итерапионным путем, кроме того, параллельная организация работы повышает быстродействие. Работа преобразователя на обоих полуволнах опорного напряжения позволяет увеличить количество каналов, и если при заданной частоте сети перемен- входам первого и второго цифроаналогоного напряжения быстродействие элемен- вых преобразователей, выходы которых тов недостаточно, тр дает возможность соединены соответственно с первым и прервать пропесс преобразования и затем 5 вторым входами первой схемы сравнения, продолжить его на другой полуволне, т.е. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, повышает производительность БАП.

В предлагаемом устройстве применены двухквадрантные множительные пифро40 аналоговые преобразователи, рассчитанные на входное аналоговое напряжение двух полярностей и входной код одного знака. Такие цифроаналоговые преобразователи значительно проще четырехквад- ды схем сравнения подключены соответст45 рантных, кроме того, четырехквадрантный пифроаналоговь;й преобразователь при работе в пределах двух квадрантов обеспечивает разрядность на единипу к третьим входам первого и второго пифбольше, чем при работе в четырехквад- роаналоговых преобразователей, группа рантном режиме (так как один разряд.. выходов решающего блока соединена с используется в качестве знакового}, третьим входом узла определения знака, следовательно, использование двухквадрантного цифроаналогового преобразователя дает выигрыш в точности и позволяет

55 ределения знака соединен двухсторонполучить на один разряд больше в выходных кодах ГГАГ1.

Для расширения функциональных воэможностей предлагаемого аналого-цифро. 11 7 торого соединен с первыми входами ре- гистров группы и подключен к группе выходов блока, первый, второй, третий и четвертый выходы узла управления подключены соответственно с первыми входами регистра результата, сумматора, регистра сдвига и узла памяти, выход которого соединен со вторыми входами регистра сдвига и регистров группы, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы узла управления соединены соответственно со входом счетчика, с первым входом регистра числа, с третьими входами ðåгистров группы и с первым входом регистра слова, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выходы регистров группы соединены со вторыми

I входами регистра слова и регистра числа, выход которого соединен с первым входом узла сдвиге, выход которого подключен ко второму входу регистра сдвига и к третьему входу регистра слова, выход регистра сдвига соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу регистра результата, выход счетчика соединен со вторым входом узла сдвига, первый, второй и третий вХодь. узла управления соединены с

1о первым входом блока, четвертые входы регистров группы подключены ко второму входу блока.

Источники информании, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3896299, кл. 340-347, 1974.

2. Патент США М 3868680, кл. 340-370, 1974. (прототип).

734712

Фиг 2

Составитель В. Тарасов

Редактор М.Ликович Техред: JI. Те аж Корректор Я. Вигула

Заказ 2226/13 Тираж 751 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб» д. 4/5

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