Преобразователь перемещений в код
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()763939
Союз Советских
Соцкаямсткческнх
Ресяубяик(61) Дополнительное к авт. свид sy (22) Заявлено 04.09. 78 (21) 2664736/18"24 с присоединением заявки NP— (23) Приоритет—
Опубликовано 15.0980. Бюллетень Йо 34
{53)М. Кл З
8 08 С 9/06
Государственный комитет. СССР ио делам изобретений и открытий
{53) УДК 681. 325 (088 ° 8) Дата опубликования описания 25. 09, 80 (72) Автор изобретения
M. В. Руцков (7! ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД
Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах программного управления, телеуправле- ния, контроля и т.п.
Для преобразования линейных и уг, ловых перемещений в код применяются преобразователи. Особенностью этой группы преобразователей является нали- 0 чие кодовой шкалы, позволяющей каждому квантованному уровню перемещения поставить в соответствие определенную кодовую последовательность. Кодовая шкала жестко связана с объектом, перемещение которого преобразуется в код. . 15
Код считывается при помощи блока считывающих элементов. Конструктивно наиболее просты однодорожечные кодовые шкалы, выполненные в виде кодового кольца.
Один из известных преобразователей содержит в качестве кодовой шкалы кодовое кольцо 00010111 и три чувствительных элемента, расположенных вдоль25 дорожки с интервалом в один шаг квантования-1/8 длины дорожки. При .этом каждому из восьми положений кодовой шкалы соответствуют неповторяющиеся трехразрядные кодовые комбинации:
000, 001, 010, 101, 011, 111, 110, 100 (1 j.
Недостатками устройства. являются наличие ошибок считывания, возникающих на границах квантования, и необходимость размещения чувствительных элементов с интервалом в один шаг квантования. Обладая конечными размерами, чувствительные элементы не позволяют разбивать шкалу на большое число квантованных условий, так как при этом уменьшается шаг квантования.
Зто ограничивает расширение диапа- зона преобразования. К недостаткам следует отнести и то, что точность пре. образования.не может превышать величины шага квантования кодовой шкалы.
Другим техническим решением является известный преобразователь угла в код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподэижный блок считывающих элементов, оптически связанных с кодовой шкалой, а выходы блока считывающих элементов подключены к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный, состоящему из генератора импульсов, регистра сдвига, кольце-, 763939 вого коммутатора, дешифратора исходных комбинаций и блока .разветвлений (2)
К основным недостаткам укаэанного устройства относятся невысокая точность, а также сложность преобразования комбинаторного кода в двоичный. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь перемещений в код, (3) содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, выполненный в виде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу формирователя младших разрядов кода и к первому входу регистра сдвига, второй вход которого. .соединен с выходом счетчика, выход регистра сдвига подключен к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный.
Недостатком такого устройства является его сложность. Для преобразования комбинаторного кода R двоичный необходимо постоянное запоминающее устройство, объем памяти которого резко возрастает с увеличением разрядности преобразователя.
Цель изобретения — упрощение преобразователя.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов в виде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно . к второму входу формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом счетчика, введены элемент совпадения, элемент неравнозначности, два .триггера, элемент ИЛИ
4О
sp мирователь 5 импульсов грубого отсчета, регистр сдвига б, счетчик 7, элемент совпадения 8, элемент неравнозначности 9, первый триггер 10, второй триггер 11, элемент ИЛИ 12, регистр 13 выходного кода.
Принцип работы устройства следующий. Код, нанесенный на шкалу 1, состоит из и-разрядных групп. Разряды каждой группы составляют двоичный номер к данной группы. Поскольку каждый разряд такой последовательности закреплен за своим уровнем квантования шкалы, то номер и данного разряда во всей последовательности является числовым эквивалентом величины перемещения. Для определения номера N необходимо знать номер группы К, в котором содержится данный разряд, и номер
t данного разряда в своей группе. Тогда й= n+t. Поскольку на шкале группы идут друг за другом без отличительных отметок, необходимо считывать не менее 2 и разрядов, тогда одна группа наверняка считается целиком, а избыточные разряды помогут найти границу группы и правильно определить номер группы С . Сдвиг данной группы от начала считываемых разрядов соответствует величине t.
Для данного примера:
0110.011.1.1.000
Рассмотрена часть последовательности, состоящая иэ трех 4-разрядных групп, номера К которых 6,7,8 (группы разделены для удобства точками, хотя кодовой шкале таких меток нет).Считывание 2п разрядов (s данном случае 8) подчеркнуть. Начало считываемых разрядов справа. Необходимо определить, какой номер и у разряда, который попал в середину справа считываемых разрядов (подчеркнуть csepxy), Этот разряд находится в группе с номером и Регистр выходного кода, второй выход формирователя импульсов грубого отсчета соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра— сдвига, выходы элемента совпадения и элемента неравнозначности соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, вторые входы которых подключены к второму выходу счетчика, второй выход регистра сдвига подключен к первому входу регистра выходноrо кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выходы триггеров через элемент ИЛИ подключены к третьему входу регистра выходного кода.
Структурная схема преобразователя представлена на чертеже.
Преобразователь содержит кодовую
jP.øêàëó 1, блок 2 считывающйх элементов, генератор импульсов 3, формирователь 4 младших разрядов кода, фор763939
К=7, а группа сдвинута от начала считываемых разрядов на величину t=2, которая совпадает с номером указанного разряда в группе (нумерация слева направо с числа О). Тогда N=j ° 4+2=
=30 .
Основная задача состоит в правильном нахождении границы группы. Необходимо отметить, что укаэанная последовательность образуется последовательной записью состояний двоичного ð счетчика. Построим вспомогательную последовательность, заменив асболют.ные значения поразрядными приращениями. Обозначим положительное приращение (переход от 0 к 1 в данном разряде) через 1, отрицательные — через О, 15 а отсутствие приращений — через Х.
Тогда, например, переход от числа б0110 к числу 7-0111 запишется как
ХХХХХ, переход от числа 7-0111 к числу
8-1000 запишется как 1000 и т.д. Из этих полученных групп и строится вспомогательная последовательность. Границы групп в обоих последовательностях совпадают. По 2п разрядам основной последовательности можно определить 5 и разрядов вспомогательной последовательности и найти границу группы, т.е. определить сдвиг t. При этом группы типа ХХХ1 (только одно положительное приращение в младшем разряде) будут чередоваться с группами типа Х100 (отрицательные приращения в младших разрядах с одним положительным на границе перехода к отсутствию приращения). Это подтверждается при расЗS смотрении работы двоичного счетчика.
ОтрЫ4ательные приращения указывают на распространение переноса, а положительные (только одно) на конец распространения. А так как положительные приращения в младшем разряде двоичного счетчика чередуются с отрицательными, то этим и объясняется чередование указанных групп. Поэтому для выработки алгоритма определения границы группы можно рассмотреть лишь часть45 вспомогательной последовательности (остальные имеют аналогичный вид):
Х Х Х 1 Х 1 0 О. Х Х Х 1 п=4
Правая граница любой группы обязатель- 50 но начинается с приращения (положительного или отрицательного). Поэтому если в считанные и разрядов, которые соответствуют 2п разрядам в основной последовательности, попадают меньше двух положительных приращений (одно или ни одного) то .граница находится на крайнем приращении (положительном или отрицательном) справа, если встречаются два положительных приращения (подчеркнутые разряды),то граница на- 60 ходится на втором (считая слева) положительном приращении.
Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.
Код на кодовой шкале 1 представ- 45 лен комбинацией штрихов, "1. соответствует наличию штриха, "0" — отсутствию штриха. Изображение кодовой шкалы 1 проецируется на блок 2 считывающих элементов, выполненный в виде блока элементов с зарядовой связью, число которых равно (2п+1 )m, где
m - количество. разрядов точного отсчета. Все считывающие элементы расположены равномерно. Одному считывающему элементу соответствует квант перемещения. Светочувствительные элементы блока 2, получившие при освещении электрический заряд, пропорциональный уровню освещенности, запоми-. нают его. Это соответствует перенесению изображения кодовой шкалы 1 на блок 2. Элементы блока 2, получившие заряд, могут работать в режиме регистра сдвига, поэтому при подаче на тактовые входы блока 2 сигналов с выхода генератора импульсов 3 электрические заряды, полученные при освещении, перемещаются на выход, где преобразуются в импульсы. Наличие штриха на кодовой шкале 1 соответствует наличию импульса на выходе блока 2. Количество тактовых импульсов, необходимое для считывания информации со всего блока 2, равно количеству (2n+1)m светочувствительных элементов. Число тактовых импульсов с генератора 3 подсчитывается одновременно í m-разрядном счетчике формирователя 4. Импульсы переполнения счетчика формирователя 4 поступают на входы формирователя 5 и счетчика 7. При появлении первого импульса на выходе блока
2, соответствующего "1" информации, производится опрос состояния счетчика формирователя 4 импульсом, поступающим с выхода формирователя 5. Состояние счетчика формирователя 4 соответствует в этот момент младшим разрядам выходного кода преобразователя, поскольку определяется числом светочувствительных элементов от начала блока 2 до местоположения первого разряда кодовой шкалы 1, спроецированной на блок 2. После считывания показаний счетчика формирователя 4 и образования младших разрядов выходного кода преобразователя в счетчике формирователя 4 устанавливается код m/2 и счет выходных импульсов генератора 3 продолжается.
Старшие разряды выходного кода вводятся в регистр б при помощи импульсов сдвига, поступающих с выхода счетчика формирователя 4 через счетчик 7.
До появления первой единицы кода в регистр б заносится столько нулей, сколько импульсов сдвига выработается в формирователе 4 к этому времени.
С момента формирования младших разрядов кода импульсы сдвига вырабатываются до конца цикла преобразования с интервалом m тактов при начальном смещении в/2 тактов. Первый из этих им763939
55 пульсов сдвига заносит в регистр б первую единицу, а последующие - остальные значения разрядов. При этом получается, что информация с выхода блока 2 поступает в формирователь 5 н серединах интервалов, образованных импульсами сдвига., что позволяет устранить неоднозначность. считывания кодов на границах квантования.
Проходя через n - разрядный сдвиговый регистр 6, информация появляется на его выходе с задержкой в и .тактов. Таким образом появляется возможность анализировать одноименные разряды соседних групп в основной последовательности. Элемент 8 совпадения выделяет положительные приращения, а элемент 9 иеравнозначности — любые приращения. При поступлении неравноз-. начных разрядов на входе элемента 9 последний вырабатывает сигнал установ ки в ноль триггера 11, который был 20 первоначально установлен в "1". При этом выходной сигнал с триггера 11 поступает через элемент ИЛИ 12 на синхронизирующий вход регистра 13, который принимает текущее значение 75 разрядов счетчика 7 (кроме старшего разряда) и регистра б.
Согласно описанному алгоритму, в данный момент в регистре. ="б может присутствовать код номера группы К, а в счетчике 7 — код сдвига t,С выхода элемента 8 совпадения вырабатываются сигналы положительных приращений, которые поступают на счетный вход триггера 10 и, если приходит второй сигнал положительного приращения, то триггер 10 (используется как делитель на 2) вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 12 также поступает на синхронизирующий вход регистра 13„ переписывая окончательные коды К и t. 40
Если второго положительного приращения нет, то в регистре 13 остается старое значение, которое является правильным. Старший разряд счетчика 7 запрещает в течение первых и тактов работу триггеров 10, 11, устанавливая в них значения "0" и "1" соответственно. Это необходимо для прохождения первого считанного разряда через регистр б.
59
Следует отметить, что при и--2(где f - целое положительное число) вычисления по формеле К=К n+t сводятся к простому составлению чисел К и с, при этом с занимает В младших, а
К-и старших разрядов числа й.
B предложенном устройстве одни и те же конструктивные узлй имеют возможность одновременного получения грубого и точного отсчетов. Грубый отсчет осуществляется за счет считы- ) вания и-разрядного кода К и определения его положения кодом t,îáåñïå÷èâàÿ точность измерения 1 (2 tog h точный отсчет обеспечивается внутришаговым делением на величину m чув- у5 ствительных элементов, размещенных на одном шаге квантования шкалы. Основным преимуществом предлагаемого устройства является наличие на его выходе арифметического кода, что устраняет использование кодопреобразователя и уменьшает количество оборудования по сравнению с прототипом. Новый вид кодирования универсален и позво,ляет формировать кодовые шкалы для кодов любой разрядности и с любым основанием, а также такие, как двоично-десятичные. Технико-экономический эффект от внедрения заявляемого устройства на данном этапе подсчитать не представляется возможным. Формула изобретения Преобразователь перемещений н код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, .выполненный н ниде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывания элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй ныход генератора импульсов подключен к перному входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом счетчика, отличающийся тем, что, с целью упрощения, сокрашения оборудования и расширения функциональных возможностей, н него внедены элемент совпадения, элемент неравнозначности, два триггера, элемент ИЛИ и регистр выходного кода, второй, выход формирователя импульсов грубого отсчета соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра сдвига, выходы элемента совпадения и элемента неравнозначности соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, вторые входы которых подключены к второму выходу счетчика, второй выход регистра сдвига подключен к перному входу регистра выходного кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выходы триггеров через элемент ИЛИ подключены к третьему входу регистра выходного кода. 763939 Составител» И. Назаркина Редактор Т. Орловокая Техред A.Áîéêàñ Корректор М. Шарошн Тираж 2 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 213035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ.Филиал ППП Патент . r. Ужгород, ул. Проектная, 1 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельствО СССР В 388290, М, кл. Q 08 С, 9/04, 1973. Ларин Ю. С. и др. Комбинаторные шкалы в системах автоматики. N., Энергия,1973,с.31-32,58-60, рис ° 10. 11.28. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2476635/18-24, кл. (Ь 08 С 9/06, 1977 (прототип).
